JPH08187856A

JPH08187856A - インクジェット記録ヘッド

Info

Publication number: JPH08187856A
Application number: JP126595A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Mori; 豊森
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1995-01-09
Filing date: 1995-01-09
Publication date: 1996-07-23
Anticipated expiration: 2017-04-15
Also published as: JP3275600B2

Abstract

(57)【要約】【目的】２枚の基板間の密着性を改善し、接合品質と
作成歩留まりを向上させることができる良好なインクジ
ェット記録ヘッドを提供する。【構成】第１の基板１に蓄熱層８が設けられ、発熱素
子７がパターン形成されている。層間絶縁層９は、ヒー
タ部の除去部１５とコンタクト部の除去部１６を除いて
形成され、発熱素子７のヒータ部の上層に保護膜１１
が、また、共通電極６など、他の部分には保護層１０が
形成されている。厚膜樹脂層３には、ピット４ａとダミ
ーピット４ｂが設けられている。第２の基板２には、チ
ャネル溝１３ａ，１３ｂが形成され、この第２の基板２
に接着剤５を塗布して、第１の基板１と接合する。ダミ
ーピット下部の保護層１０を除去することにより、厚膜
樹脂層の下地に凹部が形成され、ダミーピット端部の厚
膜樹脂層の凸部１４が凹部に相殺されて小さくなり、基
板間の密着不良が生じることがなくなった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

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

【０００２】

【従来の技術】従来より知られているインクジェット記
録ヘッドの構造としては、例えば、特開昭６２−３３６
４８号公報や、特開平１−１４８５６０号公報に記載さ
れたものがある。図５は、一般的なインクジェット記録
ヘッドの外観の説明図である。図中、１は第１の基板、
２は第２の基板、３は厚膜樹脂層、２０はノズル、２１
はインク流入口、２２はワイヤボンディング、２３はイ
ンク滴である。第１の基板１には、ノズル２０に対応し
て発熱素子が配置され、それぞれの発熱素子に電力を供
給する電極が配設されている。電極により電力の供給さ
れた発熱素子はインクを加熱し、インク中に気泡を発生
させる。電極への電力の供給は、ワイヤボンディング２
２を介して行なわれる。発熱素子、電極の配設された第
１の基板１の上層には、絶縁膜、保護層などが形成さ
れ、さらに上層に厚さ１０〜１００μｍ程度の厚膜樹脂
層３が形成されている。発熱素子の上部の厚膜樹脂層３
には、発熱素子の発熱によって発生する気泡の成長方向
を規定する、ピットと呼ばれる凹部が形成されている。
また、例えば、特開平１−１４８５６０号公報に記載さ
れているように、インク流入口２とインク流路を結ぶ、
バイパスピットと呼ばれる凹部を形成する場合もある。
厚膜樹脂層３として感光性樹脂が用いられ、例えば、フ
ォトマスクなどを用いてピットがパターン形成される。
第２の基板２には、複数のノズル２０となる溝が形成さ
れている。また、インクの取入口となるインク流入口２
１が設けられている。記録のためのインクは、インク流
入口２１から入り、内部のインク流路を通って、ノズル
２０からインク滴２３として吐出される。

【０００３】図６は、一般的なインクジェット記録ヘッ
ドの作成方法の説明図である。図中、２３は切断ライン
である。図５に示したように、インクジェット記録ヘッ
ドは、第１の基板１と第２の基板２から構成される。第
１の基板１、第２の基板２とも、シリコン基板を用い
て、ヘッド要素を多数配置した第１基板１のウェハと第
２基板２のウェハを接着剤で接合し、接合後、切断ライ
ン２３に沿って切断分離して、個々のインクジェット記
録ヘッドを作成している。

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

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

【０００６】この盛り上がりを避けるため、特願平５−
３０３４１８号において、厚膜樹脂層の凹部のパターン
端以外の部分に凸部を配置するようにして、厚膜樹脂層
の平坦性を向上し、第１の基板と第２の基板の密着接合
状態の改良を行なうことを提案している。

【０００７】図４は、厚膜樹脂層を有する従来のインク
ジェット記録ヘッドの構造の説明図である。図４（Ａ）
は透視的に見た平面図、図４（Ｂ）はＡ−Ａ線断面図で
ある。図中、１は第１の基板、２は第２の基板、３は厚
膜樹脂層、４ａはピット、４ｂはダミーピット、５は接
着剤、６は共通電極、７は発熱素子、８は蓄熱層、９は
層間絶縁層、１０は保護層、１１は保護膜、１２はピッ
ト間壁、１３ａ，１３ｂはチャネル溝、１４は厚膜樹脂
層の凸部、１５はヒータ部の層間絶縁層除去部、１６は
コンタクト部の層間絶縁層除去部、１７はヒータ部の保
護層除去部である。なお、図４（Ａ）においては、チャ
ネル溝や接着剤は省略して図示していない。ピット４ａ
およびダミーピット４ｂは、厚膜樹脂層３の除去部とし
てパターン形成されたものである。

【０００８】第１の基板１の表面に、酸化シリコン層
（ガラス層）の蓄熱層８が設けられ、その上に、発熱素
子７がパターン形成されている。ＰＳＧ等を用いた層間
絶縁層９は、ヒータ部の層間絶縁層除去部１５とコンタ
クト部の層間絶縁層除去部１６を除いて形成されてい
る。発熱素子７のヒータ部の上層には発熱素子部の保護
膜１１が、また、共通電極６など、他の部分には保護層
１０が形成されている。さらに、その上層には、厚膜樹
脂層３が形成されている。そして、発熱素子７の上部の
厚膜樹脂層３には、発熱素子７の発熱によって発生する
気泡の成長方向を規定するピット４ａが設けられてい
る。

【０００９】発熱素子７は複数のチャネル溝１３ａに対
応して複数設けられ、その端部には、吐出不良の発生を
防止するため、吐出を目的としないチャネル溝１３ｂに
対応したダミーピット４ｂが設けられている。ダミーピ
ット４ｂには、発熱素子部と同じ保護膜１１も設けられ
ている。

【００１０】一方、第２の基板２には、チャネル溝１３
ａ，１３ｂが形成されている。チャネル溝１３ａは、イ
ンクを吐出するためのノズルを形成し、チャネル溝１３
ｂは、吐出を目的としないダミーピット４ｂに対応した
ダミーノズルを形成している。この第２の基板２に接着
剤５を塗布して、第１の基板と接合している。

【００１１】このような従来のインクジェット記録ヘッ
ドにおいては、図４（Ｂ）に示したように、厚膜樹脂層
３の表面は、ダミーピット４ｂの端部側に凸部１４が形
成され、この部分が最も凸となる。すなわち、ピット列
の端部となるダミーピット４ｂは、共通電極６を被覆す
るための大きな厚膜樹脂層３の形成領域と接している。
厚膜樹脂層３のキュア工程時には、厚膜樹脂層３の体積
収縮によるパターンエッジの盛り上がりが生じて凸部１
４となるが、厚膜樹脂層３を形成する面積が大きいほど
収縮量が大きいため、この盛り上がり量が大きくなる。

【００１２】ピット列の端部となるダミーピット４ｂ
は、大きな厚膜樹脂層形成領域と接しているために、そ
の端部で盛り上がり量が大きいが、ピット間壁１２で
は、パターンエッジのために多少凸になる程度である。
接着剤５の厚さが１μｍ前後であるのに対し、この厚膜
樹脂層の表面凹凸の段差が１〜１．５μｍもあるため、
凸部１４が第２の基板２と密着して接合していても、ピ
ット間壁１２では密着が不十分で接合不良になることが
あり、インク流路が形成されず、インクジェット記録ヘ
ッドとして使用することはできなくなるという問題があ
った。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、２枚の基板間の密着性を改
善し、接合品質と作成歩留まりを向上させることができ
る良好なインクジェット記録ヘッドを提供することを目
的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、発熱素子上部
の厚膜樹脂層に、凹部がパターン形成された第１の基板
と、インクの流路となる溝を形成した第２の基板とを接
合して作成したインクジェット記録ヘッドにおいて、前
記厚膜樹脂層のダミーピット部では、少なくとも保護層
を除去したことを特徴とするものである。

【００１５】また、前記厚膜樹脂層のダミーピット部で
は、少なくとも層間絶縁層を除去することも特徴とする
ものである。

【００１６】また、前記厚膜樹脂層のダミーピット部で
は、少なくとも蓄熱層を除去することも特徴とするもの
である。

【００１７】

【作用】本発明によれば、ダミーピット部では、少なく
とも保護層を除去することにより、厚膜樹脂層の下地に
凹部が形成され、ダミーピット端部の凸部が相殺され
る。これによって、厚膜樹脂層の表面平坦性が改善さ
れ、基板間の密着不良が生じない。

【００１８】また、少なくともダミーピット部の層間絶
縁膜を除去することにより、厚膜樹脂層の下地に凹部が
形成され、ダミーピット端部の凸部が相殺される。これ
よって、厚膜樹脂層の表面平坦性が形成され、基板間の
密着不良が生じない。

【００１９】また、少なくともダミーピット部の蓄熱層
を除去することにより、厚膜樹脂層の下地に凹部が形成
され、ダミーピット端部の凸部が相殺される。これよっ
て、厚膜樹脂層の表面平坦性が形成され、基板間の密着
不良が生じない。

【００２０】

【実施例】図１は、本発明のインクジェット記録ヘッド
の第１の実施例の説明図であり、図１（Ａ）は透視的に
見た平面図、図１（Ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。図
中、図４と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略
する。図４と同様に、図１（Ａ）においては、チャネル
溝や接着剤は省略して図示していない。

【００２１】まず、第１の基板１は、ＬＳＩ等の製造装
置、製造方法を用いて作成される。第１の基板１の材質
は、図６で説明したように、シリコンである。第１の基
板１の表面に、蓄熱層８となる酸化シリコン層（ガラス
層）を１〜１．５μｍの厚さに形成する。酸化シリコン
（ＳｉＯｘ）層は、例えば、シリコン基板の表面を熱酸
化させて形成することができるほか、ＮＳＧ（Ｎｏｎ
ＤｏｐｅｄＳｉｌｌｉｃａｔｅＧｌａｓｓ）、ＢＰ
ＳＧ（ＢｏｒｏｎＰｈｏｓｐｈｏＳｉｌｌｉｃａｔ
ｅＧｌａｓｓ）、ＰＳＧ（ＰｈｏｓｐｈｏＳｉｌｌ
ｉｃａｔｅＧｌａｓｓ）などを、大気ＣＶＤ（化学気
相成長）法、熱ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶ
Ｄ法、スパッタリング法などにより形成することができ
る。蓄熱層８の上に、発熱素子７を形成する発熱素子
層、層間絶縁層９、共通電極６を形成する共通電極層、
保護層１０、発熱素子部の保護膜１１等を、例えば、各
種ＣＶＤ法や、スパッタリング法などにより積層し、パ
ターニングする。

【００２２】保護層１０は、この実施例では、ダミーピ
ット４ｂの下部における部分は、除去されている。した
がって、図４（Ｂ）と比較すると良く分かるように、ダ
ミーピットの底部に厚膜樹脂層３の端部が入り込んでい
る。すなわち、保護層１０の端部が、ダミーピット４ｂ
より後退して形成されている。

【００２３】発熱素子７は、例えば、ポリシリコン、ホ
ウ化ハフニウム、窒化タンタル等の抵抗体で構成され、
厚さは、０．５μｍとした。共通電極７は、例えば、ア
ルミニウム等で構成される。共通電極６は、複数の発熱
素子７の同時駆動を行なうため、電流を少なくとも１ア
ンペア以上流すように設計されており、厚さは１〜２μ
ｍ程度である。

【００２４】発熱素子部の保護膜１１は、酸化シリコ
ン、窒化シリコン、タンタル等を、単層、または複数の
層を積層して構成し、厚さは０．５μｍとした。この実
施例では、シリコン窒化物による絶縁性保護膜と、その
上にタンタルによる金属保護膜の２層構造とした。層間
絶縁層９と保護層１０は、蓄熱層８と同様の材料により
構成し、厚さはそれぞれ０．５μｍと１〜１．５μｍと
した。

【００２５】ヒータ部の層間絶縁層除去部１５は、発熱
素子７の表面からインクへの熱伝導を良くするためと、
発熱素子層と個別電極との電気的接続のために形成され
たものであり、コンタクト部の層間絶縁層除去部１６
は、発熱素子層と共通電極層を電気的に接続するために
形成されたものである。また、ヒータ部の保護層除去部
１７は、発熱素子７の表面からインクへの熱伝導を良く
するために形成されたものである。

【００２６】これらの層が積層、パターニングされた
後、厚膜樹脂層３として、感光性ポリイミドをスピンコ
ートして、フォトリソ加工して、硬化後の膜厚が３０μ
ｍになるようにする。ピットの配列方向の配列ピッチは
８５μｍとした。ピットの寸法は、インク噴射方向は１
２０μｍ、ピット配列方向は６０μｍとした。

【００２７】次に、第２の基板２は、シリコン基板から
構成される。第２の基板２上に、酸化シリコン、窒化シ
リコン膜等でマスクを形成する。そして、ＫＯＨ水溶液
の中で結晶方位に依存した選択的エッチング（ＯＤＥ）
を施し、チャネル溝４０や他のインク流路，インクリザ
ーバ等を形成する。選択エッチングによって形成される
チャネル溝は、断面が三角形状である。図１（Ｂ）のチ
ャネル溝１３ａ，１３ｂの断面は、やや斜めになってい
るように図示されているが、この図は、横方向の寸法に
比べて縦方向の寸法を拡大して図示したために、このよ
うな形状で図示されたものであり、実際のチャネル溝
は、正三角形に近い断面形状である。しかし、図１
（Ｂ）を含め、各図における各層の寸法の比率が正確に
図示されたものではない。また、説明中の数値も一例を
示したものであり、この値に限られるものではない。

【００２８】チャネル溝が形成された第２の基板に、例
えば、特開昭６３−３４１５２号公報に記載されている
方法で、剥離紙に塗布した接着剤５を転写塗布する。接
着剤５としては、エポキシ系とシランカップリング材等
が用いられる。接着剤の転写塗布厚は、１μｍ前後であ
る。

【００２９】その後、第１の基板１と第２の基板２は、
例えば、特開昭６１−２３０９５４号公報に記載されて
いるような、赤外線アライメント法等を用いて整合し、
加圧加熱し、密着させ、接着剤を硬化する。

【００３０】このようにして、両基板を接合すると、図
１（Ｂ）に示した状態となる。ダミーピット下部の保護
層１０を除去することにより、厚膜樹脂層の下地に１〜
１．５μｍの凹部が形成され、ダミーピット端部の凸部
１４が凹部に相殺されて小さくなっている。したがっ
て、厚膜樹脂層３の表面平坦性が改善され、表面凹凸の
段差がほぼ無視できるようになり、基板間の密着不良が
生じることがなくなった。

【００３１】図２は、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの第２の実施例の説明図であり、図２（Ａ）は透視的
に見た平面図、図２（Ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。図
中、図１，図４と同様の部分には同じ符号を付して説明
を省略する。図１，図４と同様に、図２（Ａ）において
は、チャネル溝や接着剤は省略して図示していない。

【００３２】この実施例では、ダミーピット４ｂの下部
において、層間絶縁層９を除去している。保護層１０の
代わりに層間絶縁層９を除去した点が、第１の実施例と
異なっている。ダミーピット４ｂの下部の層間絶縁層９
を除去することにより、厚膜樹脂層３の下地に０．５μ
ｍ程度の凹部が形成され、ダミーピット端部の凸部１４
が凹部に相殺されて、かなり小さくなっている。凹部の
形成によって、厚膜樹脂層３の表面平坦性が改善され、
表面凹凸の段差が０．５μｍ程度となり、接着剤の厚み
１μｍ前後と比べてほぼ半分以下となり、基板間の密着
不良が生じることがかなりなくなった。

【００３３】図３は、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの第３の実施例の説明図であり、図３（Ａ）は透視的
に見た平面図、図３（Ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。図
中、図１，図４と同様の部分には同じ符号を付して説明
を省略する。１８はダミーピット部の蓄熱層除去部であ
る。図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図
である。図１，図４と同様に、図３（Ａ）においては、
チャネル溝や接着剤は省略して図示していない。

【００３４】この実施例では、ダミーピット４ｂの下部
において、蓄熱層８を除去している。保護層１０の代わ
りに蓄熱層８を除去した点が、第１の実施例と異なって
いる。ダミーピット４ｂの下部の蓄熱層８を除去するこ
とにより、厚膜樹脂層の下地に１〜１．５μｍの凹部が
形成され、ダミーピット端部の凸部１４が凹部に相殺さ
れて、小さくなっている。この凹部の形成によって、厚
膜樹脂層３の表面平坦性が改善され、表面凹凸の段差が
ほぼ無視できるようになり、基板間の密着不良が生じる
ことがかなりなくなった。

【００３５】以上、第１の実施例から第３の実施例で
は、ピット列端部のダミーピットがピット列の片側に１
つずつ設けられる実施例を説明したが、ピット列端部の
ダミーピットが片側に２つ以上の場合でも、外側に配置
された１つのダミーピットの下部において上述した層を
除去することによって、第１の実施例から第３の実施例
と同様の効果が得られる。

【００３６】また、これら実施例では、ダミーピットの
下部において除去される層を保護層，層間絶縁層，蓄熱
層のいずれかとしたが、複数の層、保護層と層間絶縁
層、あるいは、保護層と蓄熱層、あるいは、層間絶縁層
と蓄熱層、さらには、保護層と層間絶縁層と蓄熱層につ
いて、ダミーピットの下部を除去するようにしてもよ
く、上述した実施例と同様の効果が得られる。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、発熱素子上部の厚膜樹脂層に凹部がパターン
形成された第１の基板と、インクの流路となる溝を形成
した第２の基板を接合して作成したインクジェット記録
ヘッドにおいて、前記厚膜樹脂層のダミーピット部の下
部に凹部を形成することによって、基板間の密着不良が
生じないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドの第１の
実施例の説明図であり、図１（Ａ）は透視的に見た平面
図、図１（Ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。

【図２】本発明のインクジェット記録ヘッドの第２の
実施例の説明図であり、図２（Ａ）は透視的に見た平面
図、図２（Ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。

【図３】本発明のインクジェット記録ヘッドの第３の
実施例の説明図であり、図３（Ａ）は透視的に見た平面
図、図３（Ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。

【図４】厚膜樹脂層を有する従来のインクジェット記
録ヘッドの構造の説明図である。

【図５】一般的なインクジェット記録ヘッドの外観の
説明図である。

【図６】一般的なインクジェット記録ヘッドの作成方
法の説明図である。

【符号の説明】

１…第１の基板、２…第２の基板、３…厚膜樹脂層、４
ａ…ピット、４ｂ…ダミーピット、５…接着剤、６…共
通電極、７…発熱素子、８…蓄熱層、９…層間絶縁層、
１０…保護層、１１…保護膜、１２…ピット間壁、１３
ａ，１３ｂ…チャネル溝、１４…厚膜樹脂層の凸部、１
５…ヒータ部の層間絶縁層除去部、１６…コンタクト部
の層間絶縁層除去部、１７…ヒータ部の保護層除去部、
１８…ダミーピット部の蓄熱層除去部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱素子上部の厚膜樹脂層に、凹部がパ
ターン形成された第１の基板と、インクの流路となる溝
を形成した第２の基板とを接合して作成したインクジェ
ット記録ヘッドにおいて、前記厚膜樹脂層のダミーピッ
ト部では、少なくとも保護層を除去したことを特徴とす
るインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】発熱素子上部の厚膜樹脂層に、凹部がパ
ターン形成された第１の基板と、インクの流路となる溝
を形成した第２の基板とを接合して作成したインクジェ
ット記録ヘッドにおいて、前記厚膜樹脂層のダミーピッ
ト部では、少なくとも層間絶縁層を除去したことを特徴
とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】発熱素子上部の厚膜樹脂層に、凹部がパ
ターン形成された第１の基板と、インクの流路となる溝
を形成した第２の基板とを接合して作成したインクジェ
ット記録ヘッドにおいて、前記厚膜樹脂層のダミーピッ
ト部では、少なくとも蓄熱層を除去したことを特徴とす
るインクジェット記録ヘッド。