JPH09277519A

JPH09277519A - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09277519A
Application number: JP8846696A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Takahashi; 哲司高橋
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-04-10
Filing date: 1996-04-10
Publication date: 1997-10-28

Abstract

(57)【要約】【課題】上電極端子周辺に下電極が存在し、かつ圧電
体素子の断面が略長方形形状であるため、上電極端子と
外部から電界を印可するためのフレキシブルケーブル上
電極用電極の接続時に、上電極と下電極間で短絡してし
まう。【解決手段】フレキシブルケーブル１１の電極部１２
と接続する上電極端子部８外周の下電極３が、圧電体薄
膜４に覆われている構造にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク吐出の駆動
源に圧電体薄膜を用いたインクジェット記録ヘッド及び
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧電体を用いたインクジェット記
録ヘッドの基本原理図を図１４に示す。ヘッド基台１に
はインク供給路１５、インク圧力室９が連設されてい
る。そして、ヘッド基台１の表面には振動板１６が配置
され、その外側にインク圧力室９に対向して下電極３、
圧電体２５、上電極５と積層された圧電体素子が配置さ
れている。その上下電極間には電界を印可するための信
号発生源１８が接続されている。一方、裏面には、イン
ク圧力室９に対応した位置にノズル１９を有するノズル
プレート２０が配置されている。また、上記インク供給
路１５にはパイプ２１を介してインク容器２２が接続さ
れている。上記のような構成において、信号発生源１８
から圧電体素子に電界を印可すると、圧電体素子が振動
板１６をたわませ、インク圧力室９内のインクをノズル
１９から吐出させる。インク吐出後、圧電体素子への印
可電圧を落とすと、振動板のたわみが減少し吐出した量
のインクがパイプ２１、インク供給路１５を通じてイン
ク容器２２から補給される。また、圧電体素子への電界
の印可はヘッド基台１上の端子部と信号発生源１８をフ
レキシブルケーブルを介して行われる。フレキシブルケ
ーブルとヘッド基台上の端子の接続方法は、一般的には
んだあるいは異方導電フィルム（ＡＣＦ）で行われる。
最近では工程が多く、コストの高いはんだは敬遠され、
ＡＣＦで行われることが多くなっている。図１５にＡＣ
Ｆの接続原理を示す。ＡＣＦとは、図１５（ａ）に示す
ように接着剤バインダー１４中に導電性粒子１３を分散
させた形状を持つ接着フィルムである。これを図１５
（ｂ）に示すように接続を行うベース２３上の電極２４
間に挟み、加熱、加圧により接続する。接続後、図１５
（ｃ）に示すように層間方向は導電性粒子１３により相
対する電極の導通を確保し、さらに隣接する電極間で
は、絶縁性が保持される。また、接着剤バインダー１４
により電極２４間及び導電性粒子１３は固定される。導
電性粒子としてはめっきプラスチック粒子と呼ばれるプ
ラスチックの核体に金属めっきを施したもので、粒径は
５〜２０μｍである。

【０００３】本発明に関わる従来技術は、例えば、特開
平６−２２６９７６号公報が開示されている。前記従来
技術でのフレキシブルケーブル１１先端部に設けられた
上電極用電極１２、下電極用電極２６と圧電体素子の上
電極５、下電極３との接続の様子を図１６に示す。従来
技術では振動板１６上の下電極３上に上電極５と電極２
４で挟まれた圧電体２５、すなわち圧電体素子が配置さ
れ、その上電極５と下電極３にそれぞれフレキシブルケ
ーブル１１の上電極用電極１２と下電極用電極２６が接
続されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の接続法
では、上電極端子部外周に下電極３が存在し、かつ圧電
体素子の断面が略長方形形状であるため次に述べるよう
に圧電体素子の上電極と下電極の間で短絡の問題があ
る。図１７に図１６のフレキシブルケーブル１１の上電
極用電極１２と圧電体素子の上電極５の接続部の拡大断
面図を示す。図１７（ａ）には、上電極端子部と外部か
ら電界を印可するためのフレキシブルケーブルの上電極
用電極１２の接続方法にはんだを用いた場合で、はんだ
２７の流れ出しで上電極５と下電極３間で短絡してしま
う。また、ＡＣＦを用いた場合も同様に導電性粒子１３
が真球ではないために図１７（ｂ）に示すように上電極
５と下電極３間で短絡してしまう。また、これは圧電体
として薄膜を用いるとさらに顕著になる。インクジェッ
ト記録ヘッドは解像度にもよるが最近の高解像度に対応
した高密度ヘッドの場合、１２８以上の圧電体素子が搭
載されている。その中の１つでも短絡するとヘッドとし
ては使用できないため不良になる。

【０００５】そこで本発明の目的は、これらの問題点を
鑑み、上電極端子と外部から電界を印可するためのフレ
キシブルケーブル上電極用電極の接続部分で、下電極と
上電極の短絡を防止して、製造歩留まりを向上させたイ
ンクジェット記録ヘッドを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録ヘッドは、インクを噴射するノズルと、該ノズルに
連通する略長方形の複数のインク圧力室を有するヘッド
基台と、該圧力室内のインクを加圧する振動板と、該振
動板上に配置された下電極と、該下電極上に配置され該
振動板を振動させる圧電体薄膜と、該圧電体薄膜上に配
置された上電極と、外部から電界を印可するために該上
電極端子部に接続される上電極用電極を有するフレキシ
ブルケーブルを備えたインクジェット記録ヘッドにおい
て、フレキシブルケーブルの上電極用電極と接続する上
電極端子部の外周の下電極が、圧電体薄膜に覆われてい
ることを特徴とする。

【０００７】また、上電極端子部外周の下電極が圧電体
薄膜に覆われている部分の表面が、上電極表面とほぼ平
行な圧電体薄膜面であることを特徴とする。

【０００８】また、上電極端子部外周に存在する、下電
極が圧電体薄膜に覆われている部分の外周に、下電極が
存在しないと更に好ましい。

【０００９】また、下電極の膜厚をＴＢ、下電極のエッ
チング速度をＶＢ、圧電体薄膜の膜厚をＴＰ、圧電体薄
膜のエッチング速度をＶＰ、上電極の膜厚をＴＴ、上電
極のエッチング速度をＶＴとすると、ＴＴ／ＶＴ＜ＴＢ
／ＶＢ＜（ＴＴ／ＶＴ＋ＴＰ／ＶＰ）の関係を満足する
と更に好ましい。

【００１０】本発明のインクジェット記録ヘッドの製造
方法は、インク圧力室を形成するヘッド基台上に（ア）振動板形成（イ）下電極形成（ウ）圧電体薄膜形成（エ）上電極形成（オ）上電極パタ、圧電体薄膜一括パターニング（カ）下電極パターニングの工程で製造されるインクジェット記録ヘッドの製造方
法において、（カ）の工程で上電極端子部外周の少なく
とも上電極すべて、あるいは上電極と圧電体薄膜厚さ方
向途中までを同時にパターニングすることを特徴とす
る。

【００１１】また、下電極の膜厚をＴＢ、下電極のエッ
チング速度をＶＢ、圧電体薄膜の膜厚をＴＰ、圧電体薄
膜のエッチング速度をＶＰ、上電極の膜厚をＴＴ、上電
極のエッチング速度をＶＴとすると、ＴＴ／ＶＴ＜ＴＢ
／ＶＢ＜（ＴＴ／ＶＴ＋ＴＰ／ＶＰ）の関係を満足する
と更に好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】

（実施例１）以下、実施例１を図面を用いて説明する。
図１〜７は、本発明に従って作成した実施例１のインク
ジェット記録ヘッドの製造工程図である。

【００１３】まず、図１に示すようにインク圧力室を形
成するヘッド基台１としてシリコン基板を用い、振動板
として１μｍのシリコン熱酸化膜２，２を形成する。振
動板としてはその他に、下電極のみ、下電極とチッ化珪
素、ジルコニウム、下電極とジルコニウム、ジルコニ
ア、下電極とジルコニア等が使用できる。

【００１４】次に、図２〜図４のようにシリコン熱酸化
膜２上に下電極３として膜厚０．８μｍの白金をスパッ
タで形成し、その上に圧電体薄膜４を形成し、更にその
上に上電極５として膜厚０．１μｍの白金をスパッタで
形成した。本実施例ではシリコン熱酸化膜２と下電極３
を振動板とする。上電極の材料としてはその他導電率が
良いものなら良く、例えば、アルミニウム、金、ニッケ
ル、インジウム等が使用できる。

【００１５】圧電体薄膜４の形成方法は、簡単な装置で
薄膜を得られる製法であるゾルゲル法を用いた。組成
は、インクジェット記録ヘッドに使用するにはジルコン
酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）系が最も適している。下電極３
を形成した上に調製したＰＺＴ系ゾルをスピンコートで
塗布し、４００℃で仮焼成し非晶質の多孔質ゲル薄膜を
形成し、更にゾルの塗布と４００℃の仮焼成を２度繰り
返し、多孔質ゲル薄膜を形成した。次に、ペロブスカイ
ト結晶を得るためにＲＴＡ（ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａ
ｌＡｎｎｅａｌｉｎｇ）を用いて酸素雰囲気中、５秒
間で６５０℃に加熱して１分間保持しプレアニールを行
い、緻密なＰＺＴ薄膜とした。再び該ゾルをスピンコー
トで塗布して４００℃に仮焼成する工程を３度繰り返
し、非晶質の多孔質ゲル薄膜を積層した。次にＲＴＡを
用い、酸素雰囲気中９００℃に加熱し１分間保持してア
ニールした。その結果、１．０μｍの膜厚の圧電体薄膜
４が得られる。圧電体薄膜に形成方法は、スパッタ法で
も可能である。

【００１６】次に、図５に示すように上電極５上にネガ
レジスト６（ＨＲ−１００：富士ハント）をスピンコー
トで塗布する。マスクによりネガレジスト６を所望の位
置に露光・現像・ベークし、硬化したネガレジストを形
成する。本実施例ではネガレジストで説明したが、ポジ
レジストの使用も可能である。

【００１７】この状態で１回目のエッチングとしてドラ
イエッチング装置、例えばイオンミリング装置で図６に
示すように下電極３が露出するまで上電極５と圧電体薄
膜４を一括でエッチングしてネガレジストで形成した所
望の形状にする。エッチング後、アッシング装置で硬化
したネガレジストを除去して上電極と圧電体薄膜のパタ
ーニングが完了する。なお、イオンミリング装置では、
エッチングしたい上電極や圧電体薄膜とともにネガレジ
ストもエッチングされるため、エッチング深さによって
各々のエッチングレートを考慮してネガレジストの膜厚
を決定しなければならない。本実施例の場合、各々のエ
ッチングレートがほぼ同程度であるためネガレジストの
厚さを２μｍにして行った。

【００１８】ドライエッチング方法としてイオンミリン
グ法以外に反応性イオンエッチング等を用いても良い。
また、エッチング方法は他にもウエットで行うこともで
きる。例えば、塩酸、硝酸、硫酸、フッ酸等の酸を加熱
してエッチャントとして用いることができる。ただしこ
の場合は、上電極の電極材質をエッチャントでエッチン
グされるものにしなければならない。ウエット処理は、
ドライエッチングと比較するとパターニング精度が劣
り、電極材料も選ぶため、ドライエッチングの方が更に
好ましい。

【００１９】次に下電極パターニングを行う。図７にパ
ターニング完了時の図、図８に図７の上電極端子部のＡ
−Ａ断面図を示す。前述の上電極と圧電体薄膜のパター
ニングと同様にネガレジストを全面に塗布し、先ほどと
は異なるマスクによりネガレジストを端子形状として所
望の位置に露光・現像・ベークし、イオンミリング装置
で２回目のエッチングする。エッチング後、アッシング
装置で硬化したネガレジストを除去して下電極のパター
ニングが完了する。

【００２０】この工程では、１回目のエッチングでエッ
チングされなかった上電極端子部８の下電極３と上電極
５の周部分の上電極５と圧電体薄膜４のエッチングを行
う。エッチングの終点は、上電極端子部８周辺の１回目
のエッチングでエッチングされて下電極３が露出してい
る部分の下電極３がなくなるまで行う。上電極端子部８
周辺での１回目と２回目のエッチングの様子を図９を用
いて説明する。１回目のエッチング時にはＢ部がエッチ
ングされ、２回目のエッチング時にＣ部がエッチングさ
れる。その結果、上電極端子部の外周には上電極５表面
とほぼ平行な圧電体薄膜面が存在し、その更に外周には
下電極３の存在しない部分が形成される。ここで、上電
極と下電極の短絡を防止するためには、上電極端子部８
の外周のエッチングは少なくとも上電極５がなくなり、
多くても下電極３が露出しないことが必要となる。その
ため、下電極の膜厚をＴＢ、下電極のエッチング速度を
ＶＢ、圧電体薄膜の膜厚をＴＰ、圧電体薄膜のエッチン
グ速度をＶＰ、上電極の膜厚をＴＴ、上電極のエッチン
グ速度をＶＴとすると、ＴＴ／ＶＴ＜ＴＢ／ＶＢ＜（Ｔ
Ｔ／ＶＴ＋ＴＰ／ＶＰ）の関係を満足することが必要で
ある。

【００２１】インクジェット記録ヘッドにするために、
図１０に示すようにヘッド基台１裏面（圧電体薄膜を形
成した反対の面）より異方性エッチングにより幅０．１
ｍｍのインク圧力室９とインク圧力室９へインクを供給
するインク供給路（図示しない）、インク供給路に連通
するインクリザーバー（図示しない）を形成し、インク
圧力室に対応した位置にノズルのあるノズルプレート１
０を接合した。

【００２２】次に、このように作成したインクジェット
記録ヘッドに圧電体薄膜を変位させるための電界をフレ
キシブルケーブルを介し供給するために、インクジェッ
ト記録ヘッドの端子とフレキシブルケーブルの電極をＡ
ＣＦ（ＡＣ−７０７３：日立化成工業）を用いて接続し
た。接続部分の断面図を図１１に示す。ＡＣＦを上電極
５の端子部とフレキシブルケーブル１１の上電極用電極
１２の間に挟み、１７０℃に加熱、２ＭＰａの加圧によ
り接続する。上電極端子部外周の下電極３が圧電体薄膜
に覆われている部分が導電性粒子１３による上電極５と
下電極３間の短絡を防止している。また、図示しない
が、接続にはんだを用いても同様に、上電極端子部外周
の下電極が圧電体薄膜に覆われている部分がはんだの流
れ出しを防止している。なお、下電極のフレキシブルケ
ーブルの下電極用電極との接続に関しては、下電極を露
出させるとその周辺には上電極が無く、上下電極間での
短絡の問題はないので、説明及び図示はしていない。そ
の結果、上電極端子部と外部から電界を印可するための
フレキシブルケーブル上電極用電極の接続部分で、下電
極と上電極の短絡が無くなり、製造歩留まりが向上し
た。また、下電極のパターニングと上電極端子部外周の
パターニングも同時に行うために、フォト工程も増やす
ことなく製造できるため製造歩留まりが向上する。

【００２３】（実施例２）以下に、実施例２を図面を用
いて説明する。本実施例は、フレキシブルケーブルの電
極部と接続する上電極端子部外周の下電極が、隣接端子
間にわたって全面圧電体薄膜に覆われている例について
説明する。図１２〜１３は本発明に従って作成した実施
例２のインクジェット記録ヘッドの製造工程図である。

【００２４】インク圧力室を形成するヘッド基台１（シ
リコン基板）にシリコン熱酸化膜２、下電極３、圧電体
薄膜４、上電極５、ネガレジストを形成し、所望の位置
に露光・現像・ベークしネガレジストを硬化させるまで
は、実施例１と同様である。なお、上電極のみエッチン
グするためネガレジストの厚さは０．３μｍとした。

【００２５】この状態で１回目のエッチングとしてイオ
ンミリング装置で少なくとも上電極５が無くなり、圧電
体薄膜４が露出するまでエッチングした後、アッシング
装置で硬化したネガレジストを除去する。

【００２６】１回目のエッチングで残った上電極端子部
８に対し長手方向反対側（インク加圧室が形成される
側）の周辺部分の圧電体薄膜４をエッチングするため再
びネガレジストを塗布し、先ほどとは異なるマスクによ
ってパターニングを行い、イオンミリング装置でエッチ
ングし、アッシング装置で硬化したネガレジストを除去
し、図１３に示す形状にする。

【００２７】実施例１と同様に、インクジェット記録ヘ
ッドにするために、ヘッド基台裏面（圧電体薄膜を形成
した反対の面）より異方性エッチングにより幅０．１ｍ
ｍのインク圧力室とインク圧力室へインクを供給するイ
ンク供給路、インク供給路に連通するインクリザーバー
を形成し、インク圧力室に対応した位置にノズルのある
ノズルプレートを接合した。

【００２８】次に、このように作成したインクジェット
記録ヘッドに圧電体薄膜を変位させるための電界をフレ
キシブルケーブルを介し供給するために、インクジェッ
ト記録ヘッドの端子とフレキシブルケーブルをＡＣＦ
（ＡＣ−７０７３：日立化成工業）を用いて接続した。
ＡＣＦを上電極端子部とフレキシブルケーブルの上電極
用電極間に挟み、１７０℃に加熱、２ＭＰａの加圧によ
り接続する。下電極が端子部周辺では露出していないた
め、下電極と上電極の短絡の可能性はない。はんだを用
いても同様であった。その結果、上電極端子部と外部か
ら電界を印可するためのフレキシブルケーブル上電極用
電極の接続部分で、下電極と上電極の短絡が無くなり、
製造歩留まりが向上した。

【００２９】

【発明の効果】以上述べてきたように本発明のインクジ
ェット記録ヘッドは、フレキシブルケーブルの上電極用
電極と接続する上電極端子部の外周の下電極が、圧電体
薄膜に覆われていることによって、上電極端子と外部か
ら電界を印可するためのフレキシブルケーブル上電極用
電極の接続部分で、下電極と上電極の短絡が無くなり、
製造歩留まりが向上した。また、下電極のパターニング
と上電極端子部外周のパターニングも同時に行う場合に
は、フォト工程も増やすことなく製造できるため製造歩
留まりが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１におけるインクジェット記録
ヘッドの製造方法の第１の工程図。

【図２】本発明の実施例１におけるインクジェット記録
ヘッドの製造方法の第２の工程図。

【図３】本発明の実施例１におけるインクジェット記録
ヘッドの製造方法の第３の工程図。

【図４】本発明の実施例１におけるインクジェット記録
ヘッドの製造方法の第４の工程図。

【図５】本発明の実施例１におけるインクジェット記録
ヘッドの製造方法の第５の工程図。

【図６】本発明の実施例１におけるインクジェット記録
ヘッドの製造方法の第６の工程図。

【図７】本発明の実施例１におけるインクジェット記録
ヘッドの製造方法の第７の工程図。

【図８】本発明の実施例１における図７の上電極端子部
のＡ−Ａ断面図。

【図９】本発明の実施例１における図７の上電極端子部
のエッチング模式図。

【図１０】本発明の実施例１におけるインクジェット記
録ヘッドの断面構造模式図。

【図１１】本発明の実施例１における接続部分の断面
図。

【図１２】本発明の実施例２におけるインクジェット記
録ヘッドの製造方法の第１の工程図。

【図１３】本発明の実施例２におけるインクジェット記
録ヘッドの製造方法の第２の工程図。

【図１４】従来技術でのインクジェット記録ヘッドの基
本原理図。

【図１５】従来技術でのＡＣＦの接続原理図。

【図１６】従来技術での間での接続の模式図。

【図１７】従来技術での図１６のフレキシブルケーブル
の上電極用電極と圧電体素子の上電極の接続部の拡大断
面図。

【符号の説明】

１・・・ヘッド基台２・・・シリコン熱酸化膜３・・・下電極４・・・圧電体薄膜５・・・上電極６・・・ネガレジスト８・・・上電極端子部９・・・インク加圧室１０・・・ノズルプレート１１・・・フレキシブルケーブル１２・・・上電極用電極１３・・・導電性粒子１４・・・接着剤バインダー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを噴射する複数のノズルと、該複
数のノズルにそれぞれ連通する略長方形の複数のインク
圧力室を有するヘッド基台と、該圧力室内のインクを加
圧する振動板と、該振動板上に配置された下電極と、該
下電極上に配置され前記振動板を振動させる圧電体薄膜
と、該圧電体薄膜上に配置された上電極と、外部から電
界を印可するために前記上電極端子部に接続される上電
極用電極を有するフレキシブルケーブルを備えたインク
ジェット記録ヘッドにおいて、前記フレキシブルケーブルの上電極用電極と接続する上
電極端子部の外周の下電極が、圧電体薄膜に覆われてい
ることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】前記上電極端子部外周の下電極が圧電体
薄膜に覆われている部分の表面が、上電極表面とほぼ平
行な圧電体薄膜面であることを特徴とする請求項１記載
のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】上電極端子部外周に存在する、下電極が
圧電体薄膜に覆われている部分の外周に、下電極が存在
しないことを特徴とする請求項１または２記載のインク
ジェット記録ヘッド。
【請求項４】下電極の膜厚をＴＢ、下電極のエッチン
グ速度をＶＢ、圧電体薄膜の膜厚をＴＰ、圧電体薄膜の
エッチング速度をＶＰ、上電極の膜厚をＴＴ、上電極の
エッチング速度をＶＴとすると、ＴＴ／ＶＴ＜ＴＢ／Ｖ
Ｂ＜（ＴＴ／ＶＴ＋ＴＰ／ＶＰ）の関係を満足すること
を特徴とする請求項１、２または３記載のインクジェッ
ト記録ヘッド。
【請求項５】インク圧力室を形成するヘッド基台上に（ア）振動板形成（イ）下電極形成（ウ）圧電体薄膜形成（エ）上電極形成（オ）上電極、圧電体薄膜一括パターニング（カ）下電極パターニングの工程で製造されるインクジェット記録ヘッドの製造方
法において、（カ）の工程で上電極端子部外周の少なく
とも上電極すべて、あるいは上電極と圧電体薄膜厚さ方
向途中までを同時にパターニングすることを特徴とする
インクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項６】下電極の膜厚をＴＢ、下電極のエッチン
グ速度をＶＢ、圧電体薄膜の膜厚をＴＰ、圧電体薄膜の
エッチング速度をＶＰ、上電極の膜厚をＴＴ、上電極の
エッチング速度をＶＴとすると、ＴＴ／ＶＴ＜ＴＢ／Ｖ
Ｂ＜（ＴＴ／ＶＴ＋ＴＰ／ＶＰ）の関係を満足すること
を特徴とする請求項５記載のインクジェット記録ヘッド
の製造方法。