JPH08281950A - インク噴射記録ヘッドの検査法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はインクジェットプリントヘッドの検
査法に関するもので、特に大規模高集積密度のノズルを
一括して製造する場合のプリントヘッドウエハの検査法
を提供することを目的とする。 【構成】インク吐出口近傍に設けられた発熱抵抗体にパ
ルス通電することによってインク液路中のインクの一部
を急速に気化させ、この気泡の膨張力によって前記吐出
口から液滴状インクを吐出させて記録するインク噴射記
録ヘッドの製造過程における吐出検査において、該ヘッ
ドに純水を充填して吐出信号に応じて該ヘッドから吐出
させる水滴に集束光を当て、その反射光と吐出信号との
相関関係から該ヘッドの良否判定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク噴射記録ヘッド
の検査法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】パルス加熱によってインクの一部を急速
に気化させ、その膨張力によってインク液滴をオリフィ
スから吐出させる方式のインクジェット記録装置は特開
昭４８−９６２２号公報、特開昭５４−５１８３７号公
報等によって開示されている。

【０００３】このパルス加熱の最も簡便な方法は発熱抵
抗体にパルス通電することであり、その具体的な方法が
日経メカニカル１９９２年１２月２８日号５８ページ、
及びHewlett-Packard-Journal,Aug.1988で発表されてい
る。これら従来の発熱抵抗体の共通する基本的構成は、
薄膜抵抗体と薄膜導体を酸化防止層で被覆し、この上に
該酸化防止層のキャビテーション破壊を防ぐ目的で、耐
キャビテーション層を１〜２層被覆するというものであ
った。

【０００４】この複雑な多層構造を抜本的に簡略化する
ものとして、本出願人が先に出願した特開平０６−７１
８８８号公報に記載のように、前記酸化防止層と耐キャ
ビテーション層を不要とする発熱抵抗体を用いて印字す
る方法がある。この場合は、薄膜抵抗体がインクと直接
接触しているため、パルス加熱によるインクの急激な気
化とそれによるインクの吐出特性が大幅に改善され、熱
効率の大幅な改善と吐出周波数の向上を図ることができ
た。このような画期的な性能を実現できた最大の理由
は、耐パルス性、耐酸化性、耐電食性に優れたＣｒ−Ｓ
ｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体とＮｉ薄膜導体のみから構成
される発熱抵抗体を用いたことにあり、如何なる保護層
も必要としないことによる。

【０００５】このように、従来技術に比較して、大幅に
小さな投入エネルギでインク噴射が可能となったので、
この発熱抵抗体を駆動用ＬＳＩチップ上のデバイス領域
に近接して形成しても、もはやＬＳＩデバイスを加熱し
て温度上昇をもたらすこともなく、非常に簡単な構成の
モノリシックＬＳＩヘッドを実現することができるよう
になった。これについては本出願人が先に出願した特開
平０６−２３８９０１号、特開平０６−２９７７１４号
公報、及び特願平０６−２０１９８５号に記載の通りで
ある。特に特願平０６−２０１９８５号に記載したよう
に、５インチ又はそれ以上の大きさのＳｉウエハ上に１
０万ノズル以上の総ノズル数となる数１０〜数１００個
のプリントヘッドを一括して製造できるようになり、こ
れによって高速印刷の可能なフルカラ−インクジェット
プリンタを実現させることができた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように大量の高集
積プリントヘッドを一括して製造することができるよう
になると、ＬＳＩの製造と同様にウエハ段階でヘッドの
良否判定をすることが望まれる。しかし、従来技術によ
るヘッドの製造は１００ノズル程度のヘッドを単位とし
て組み立てられていたため、プリンタ又はインクタンク
への実装後に吐出検査を行う方がコスト的にも安く、実
装前の吐出検査は行っていない。また、検査のためにイ
ンクを一旦充填することは目詰まり不良を招き易く、特
に顔料タイプの水性インクの場合はその危険性が高く、
問題であった。

【０００７】本発明の目的は、Ｓｉウエハ上に大量のプ
リントヘッドを一括して製造する場合のウエハ検査の方
法を提供することにあるが、この方法は一個ずつのヘッ
ドを製造する従来法にも適用できるものでもある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、インク吐出
口近傍に設けられた発熱抵抗体にパルス通電することに
よってインク液路中のインクの一部を急速に気化させ、
この気泡の膨張力によって前記吐出口から液滴状インク
を吐出させて記録するインク噴射記録ヘッドの製造過程
における吐出検査において、該ヘッドに純水を充填して
吐出信号に応じて該ヘッドから吐出させる水滴に集束光
を当て、その反射光と吐出信号との相関関係から該ヘッ
ドの良否判定を行うことによって達成される。

【０００９】

【作用】上記のように構成された検査法では、正常なヘ
ッドの正常なノズルからは吐出信号の入力に応じて水滴
が吐出され、しかもその水滴の速度、形状が全てのノズ
ルでほぼ完全に同一となるので、ノズル前方の１０ｍｍ
以内の定位置に集束されているスリット状光線を横切る
時刻は吐出信号の入力時刻と一定の関係にある。水滴が
集束光を横切る時の散乱光はフォトセンサで検出できる
ので、吐出信号との時間差から良、不良の判別が可能と
なる。

【００１０】即ち、不良ヘッドとか不良ノズルからは水
滴が吐出されず、この時間差が無限大となる。この不良
が中程度の場合も存在するが、この場合は水滴形状が小
さくなり、速度も若干遅くなるので、フォトセンサの受
光量と時間差の両方から、良、不良の判別基準を設定し
て自動検査することが可能となる。

【００１１】この検査法ではインクの代りに純水が用い
られるので、検査後のヘッドは水抜きするだけで良く、
自然又は強制乾燥後に実装工程に送ることが可能であ
る。

【００１２】

【実施例】以下、図面を用いて実施例を説明する。

【００１３】この検査法が最も効果的に適用されるサー
マルインクジェットプリントヘッドの一例を図３〜図９
に示す。

【００１４】本例は、本出願人が先に出願した特願平０
６−２０１９８５号に詳細を記載したように、あらかじ
めヘッド駆動用回路が作り込まれているＳｉウエハ上に
数万〜数１０万個のインク吐出ノズルを薄膜形成プロセ
スのみを用いて一括製造するものである。

【００１５】図４は、３００ｄｐｉの配列密度のノズル
１２が１２８ケ直線状に並び、これが４列並んでフルカ
ラー用のプリントヘッドチップ３２となっている例を示
している。このチップサイズは約７mm×１２mmである。
各列のノズル１２は、それぞれの列の駆動回路につなが
るボンディングパッド１６から導入される駆動信号によ
って駆動できるようになっている。

【００１６】また、それぞれのインクは図６に示すよう
にチップ３２の裏面にあけられているインク供給口１５
から各ノズルに供給できるようになっている。

【００１７】この一つのノズル列の断面図を図７に、ま
た、図７のＡ−Ａ’平面図、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’断面図
を図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。

【００１８】但し、その詳細な構成と製造法については
前記特願平０６−２０１９８５号に記載したので省略す
る。

【００１９】ここではその概略製造工程のみを図９に示
す。

【００２０】図３に示すプリントヘッドウエハ２１が、
図９に示すヘッド製造工程途中のオリフィスプレート形
成後のものである。この段階でウエハ内に作られている
プリントヘッドチップ３２の全ての吐出検査を行うのが
本特許の目的である。この検査のあとでウエハ２１を切
断し、良品チップのみを接続実装して組み立て、インク
を充填して最終吐出検査を行って出荷することが図９に
示されている。

【００２１】さて、プリントヘッドウエハ２１の具体的
な検査例を図１に示す。

【００２２】まず、ウエハ吸着水槽２２がウエハ２１の
外周に沿う裏面（インク供給口側）部分を真空吸着し、
ウエハ２１を底面とする水槽としてこれに純水を満た
す。そして、ウエハ２１のオリフィスプレート側からの
吸引又はウエハ吸着水槽側からの純水を加圧することで
各ノズル内に純水を充填する。勿論、図１に示すように
ウエハ２１は下向きとしている。このウエハ２１の中の
検査対象となる或るプリントヘッドチップ３２の位置に
図１に示す光学系をセットし、同時に該チップのボンデ
ィングパッド１６には吐出信号発生機からの電気信号を
伝えるための集積化プローバがセットされるが、図面が
複雑となるので図１には省略してある。

【００２３】図１の光学系を説明する。

【００２４】半導体レーザ２３からのレーザ光はカップ
リングレンズ２４によって整形され、エキスパンダーレ
ンズ２５、２６によって拡大された平行光としてシリン
ドリカルレンズ２７に導入される。シリンドリカルレン
ズ２７はこれを偏平な集束光に変えるが、この集束光が
被検査チップの前方約１０ｍｍの位置にくるようミラー
２８でその光路を図１に示すように屈折させる。

【００２５】光吸収箱２９はこの偏平集束光をほぼ完全
に吸収する暗箱である。

【００２６】集光レンズ３０とフォトマル３１は、偏平
集束光の中をヘッドから吐出される水滴が横切る時に発
生する散乱光を集め、電気信号に変換するものである。

【００２７】集束光を偏平にするのはヘッドチップ３２
内に並ぶ、ノズル１２の列を一括して検査するためであ
り、しかも４〜５mm離れている４列のノズル列を一括し
て検査できるよう、シリンドリカルレンズ２７は長焦点
レンズとしている。

【００２８】また、図１に示すように、ウエハ２１にほ
ぼ平行に偏平光を導入するためには、光学系の大きさか
らウエハ前面の１〜２mmという通常の印字距離に偏平光
を導入することは困難である。しかし、図３〜９に示す
プリントヘッドの水滴吐出速度は１０〜１５ｍ／ｓとい
う高速であり、約２０mmまではヘッド前面の空気流が小
さければ、ほぼ直線的に飛翔することを確認している。
即ち、ヘッド前面の１０ｍｍ程度の距離では、水滴の飛
翔の再現性は正確であり、この位置での水滴の飛翔状況
を検査することでヘッドの良否判定が充分可能である。

【００２９】また、ノズル列の長さが２５６ノズルとか
５１２ノズルと長くなると１本の偏平集束光ではカバー
できなくなるが、この場合はプロービングは固定したま
ま、光学系のみをステップ的に移動させることで対処す
ることが可能である。

【００３０】以上説明した検査法のブロック図を図２に
示す。なお、本実施例では、水滴吐出速度を１０ｍ／
ｓ、レーザ光の集中光の幅を３００μｍと設定した場合
について説明する。

【００３１】トリガからの吐出開始信号によって被検査
ヘッドの特定ノズルから水滴が吐出され、このノズルが
正常であれば約１０００μｓ後に約３０μｓの時間、散
乱光が観察される。もしこのノズルが不良ノズルの場合
は水滴が吐出しないかその吐出速度が遅く、このために
散乱光の観測時刻が大幅に遅れ、散乱光の半値幅やピー
ク値も正常値から大幅に変化する。順次検査できる時間
間隔は、正常水滴による散乱光の持続時間が約３０μｓ
であり、隣合うノズル間のクロストークを完全に排除で
きる時間間隔が約２０μｓ（本出願人の出願した特願平
０６−４９２０２号参照）であることから、５０μｓ以
上とすれば良いことが分かる。

【００３２】仮に、不良ノズルからの遅い速度の吐出水
滴を検出信号から完全に区別したい場合は、この時間間
隔を５００〜１０００μｓとすれば容易に識別可能とな
る。このように長い時間間隔としても、１２８×４列の
ノズル／チップの検査時間は１秒以下であり、問題とな
る検査時間でないことが分かる。即ち、１０万ノズル／
ウエハでの正味検査時間は５０〜１００秒であり、検査
準備とステッピングをいかに効率良く行うかの方が重要
となる。

【００３３】なお、高抵抗の純水を用いているので、ボ
ンディングパッド１６へのプロービング時における水漏
れと漏電又は電食の問題が発生しないのも本検査法の優
れた特徴の一つとなっている。また、吐出水滴が周辺機
器に付着しないよう、ウエハの下方で弱く吸引し、水滴
の飛翔も乱さないように配慮している。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、１０万ノズルを越える
大量の高集積ヘッドを一括して製造する場合において
も、ウエハ段階で各ヘッドチップの吐出機能の良否判定
をすることができ、良品チップのみを後工程に送ること
ができるようになった。そして検査による目詰まり等の
不都合を発生させることもなく、ヘッドの低コスト化に
大きく貢献することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明になるプリントヘッドウエハ検査法の
一実施例を示す構成図である。

【図２】 検出信号等に関するブロック関係図である。

【図３】 検査対象となるプリントヘッドウエハの一例
である。

【図４】 検査対象となるプリントヘッドチップの一例
である。

【図５】 図４の側面図である。

【図６】 図４の裏面図である。

【図７】 図４の一つのノズル列の断面図である。

【図８】 図７のＡ−Ａ’平面図、Ｂ−Ｂ’断面図、Ｃ
−Ｃ’断面図である。

【図９】 本検査法が適用されるヘッド製造工程の一例
である。

【符号の説明】

1.シリコン基板 2.駆動用ＬＳＩデバイス領域 3.薄膜
発熱抵抗体 4.個別薄膜導体 5.共通薄膜導体（グランド） 6.スル
ーホール接続部 7.駆動用配線導体（電源、データ、クロック他） 8.隔
壁 9.個別インク通路 10.共通インク通路 11.オリフィスプレート 12.イン
ク吐出ノズル 13.吐出インク 14.インク溝 15インク供給口 16.ボ
ンディングパッド 21.プリントヘッドウエハ 22.ウエハ吸着水槽 23.半
導体レーザ 24.カップリングレンズ 25.26.エキスパンダレンズ 27.シリンドリカルレンズ 28.ミラー 29.光吸収箱 3
0.集光レンズ 31.フォトマルチプライヤ 32.プリントヘッドチップ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク吐出口近傍に設けられた発熱抵抗
   体にパルス通電することによってインク液路中のインク
   の一部を急速に気化させ、この気泡の膨張力によって前
   記吐出口から液滴状インクを吐出させて記録するインク
   噴射記録ヘッドの製造過程における吐出検査において、
   前記へッドに純水を充填して吐出信号に応じて前記ヘッ
   ドから吐出させる水滴に集束光を当て、その反射光と吐
   出信号との相関関係から前記ヘッドの良否判定を行うこ
   とを特徴とするインク噴射記録ヘッドの検査法。