JPH1086391A - 基板の表面に粘着層を付着させるための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に、インクジェット印刷ヘッドの組み立
てにおいて使用される基板を一緒に接着することを改善
するための方法を提供すること。 【解決手段】重合体接着剤のコロイド状乳濁液６２が、
容器６４の中に含まれている。ウエハ３０は、ストリー
ト４７を有する側部が完全に浸漬されるように溶液６２
の中へ下ろされる。電気泳動浴は、第２の電極を形成す
る共通に接続したストリート４７で選択された重合体接
着剤に依存して、陽極または陰極のいずれか一方として
選択された容器６４で形成される。次いで、二つの電極
はＤＣ電源６５に接続される。印加された電界の影響の
下で、帯電された重合体ミセルは、各々のストリートを
被覆するアルミニウム層の上に移動して堆積する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、後続する基板の接
着のために基板の上に均一な粘着性被覆を付着させる方
法、特に、サーマルインクジェット印刷ヘッドを形成す
るために、ヒータプレートに接着されるチャンネルプレ
ートの表面上に粘着性被覆を堆積させることに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット印刷ヘッドの構成部品の
ような構成要素を一緒に接着するための様々な先行技術
の方法が知られている。

【０００３】ドレーク他に付与された米国特許第４，６
７８，５２９号は、可撓性基板上に比較的薄くて均一な
接着剤の層をスピンコート或いはスプレイし、次いで、
接着剤層を備えた可撓性基板の表面を印刷ヘッドの構成
要素の表面に対して手動で置くことによりインクジェッ
ト印刷ヘッド構成要素を一緒に接着する方法を開示して
いる。全ての同一平面の表面部分に接着剤が確実に接触
するように一様な圧力と温度が印加され、次いで、可撓
性基板が剥がされ、接着すべき表面の上に一様に薄い被
覆を残す。印刷ヘッド部品の全てのランド或いは同一平
面上の表面の上での接触を確実にするために、ローラ或
いは真空ラミネーションを可撓性基板に適用することが
できる。

【０００４】他の同様の方法は、機械的転写技術として
特徴付けることができ、接着領域の縁の近くに過剰な量
の接着用接着剤が残るという不都合がある。縁の回りの
余分な接着剤は、隣接している機能領域の中へ、たとえ
ば、接着する部品の一方がインクチャンネルプレートで
ある時にはインクチャンネルの中へ、流れ込みがちであ
る。更に不都合な点は、転写プロセスに固有の変動、た
とえば、ニップ接触領域における不均一な圧力、転写機
構（ローラ）の不適当なクリーニング等に起因する接着
性の層の不均一性である。

【０００５】有機材料の加工物の電気泳動的な付着を開
示する他の先行技術の資料は、以下の特許である。

【０００６】その開示がここに参考として組み込まれる
米国特許第４，３９１，９３３号（スカラ他）は、約８
から約２０パーセントの溶媒と、不連続相を形成するた
めに溶媒に溶かされる約０．５から５パーセントのエポ
キシ樹脂と、連続相としての約７５から約９０％の沈殿
剤と、化学量論的に過剰に約９００％までエポキシ樹脂
上でエポキシ及び水酸基と化学量論的に反応するのに十
分な量の乳化剤を含む乳濁液を開示している。導電性の
加工物は、同じく乳濁液に浸漬される電極から約１／２
から２インチ離して乳濁液内に置かれる。直流電流電位
が加工物と電極の間に加工物を陽極として印加される。
所望の厚さの被覆が加工物の上に堆積されるまで、約５
０から約４００ボルトで、約２から約５０ミリアンペア
が使用される。溶媒及び沈殿剤は、好ましくは、それぞ
れ、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン或いはイソ
ブチルケトンのようなケトンである。エポキシ樹脂は、
好ましくは、約２０００から約１５，０００の平均分子
量を有するビスフェノールＡエポキシ樹脂である。乳化
剤は、好ましくはアミンである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、特に、インクジェット印刷ヘッドの組み立てに
おいて使用される基板を一緒に接着することを改善する
ための方法を提供することである。

【０００８】更なる目的は、接着される基板表面上に極
めて均一な接着剤の被覆を形成することである。

【０００９】他の目的は、接着領域に隣接する領域への
接着剤の移動或いは流入を防止するために縁部が制御さ
れる非常に精密な寸法の接着剤の被覆を形成することで
ある。

【００１０】また更なる目的は、多岐にわたる接着剤で
達成することができる接着を可能にすることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のこれらの目的及
び他の目的は、基板の選択された領域上に接着剤を堆積
させる電気泳動法によって実現される。接着される基板
は、基板表面の一部に、以前に堆積された露出された金
属層を残す製造技術により処理される。露出された金属
は縁部でエッチングにより取り去られ、接着剤が付着さ
れるその領域の中心において非露出金属層のみが残され
る。全ての非露出金属層のストリップは、共同部分経由
で接続される。基板は、電気泳動浴内に置かれる。浴
は、コロイド状の乳濁液として形成される重合体の接着
剤から成る。エポキシ樹脂を使用する一つの例において
は、陰極はコンテナ自体であり、陽極は基板表面上に形
成された共通の接続された金属パターンである。次い
で、これらの二つの電極は印加された電界の影響の下に
置かれ、接着剤溶液の負に帯電したミセルが陽極の上に
堆積される。電界のパラメータと電着パラメータを制御
することによって、接着剤の非常に均一な被覆が、金属
の導電層の正確な領域のみに堆積される。このように、
金属層に隣接している領域の中への接着剤の流れ込みは
ない。原理的には、電着のコロイド状の乳濁液を形成す
るあらゆる重合体の接着剤を使用することができる。

【００１２】更に詳細には、本発明は、第２の基板の表
面に接着される第１の基板の表面に対する接着剤被覆の
電気泳動法による堆積の方法であって、（ａ）前記第１
の基板の表面上に、第１の電極を含む導電層を形成する
ステップと、（ｂ）重合体接着剤のコロイド状粒子を含
む溶液を形成するステップと、（ｃ）前記第１の電極を
溶液の中へ導入するステップと、（ｄ）第２の電極を前
記溶液に接触状態で配置するステップと、（ｅ）前記第
１及び第２の電極を横切って電界を印加するステップ
と、（ｆ）前記第１の基板の導電層上に堆積される接着
剤の帯電されたミセルの均一な接着剤被覆を所望の厚さ
まで与えるステップと、（ｇ）溶液から基板を取り除く
ステップと、（ｈ）第１及び第２の基板を接着するステ
ップであって、接着が接着剤被覆で完了するステップと
から成る方法に関する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の接着剤堆積技術は、様々
な接着目的のために使用することができる。一つの好適
な実施態様においては、接着剤被覆は、サーマルインク
ジェット印刷ヘッドを形成するために、続いてヒータプ
レート或いは基板に接着される複数のチャンネルプレー
ト或いは基板を製造するために使用されるシリコンウエ
ハの領域の上に形成される。印刷ヘッドは、その内容が
ここに参考として組み込まれる米国再発行特許第３２，
５７２号に開示された技術によって一般に形成される。
この特許に説明されたチャンネルシリコンウエハを処理
する、特に、接着剤が付着される適当な表面領域を形成
するために使用される技術は、以下に説明された方法に
よって所定の基板表面領域の接着用接着剤を付着させる
ための改良された方法を提供するように修正される。

【００１４】図１は、小滴放射ノズル１２のアレイを示
す印刷ヘッド１０の前面部の拡大概略斜視図である。下
側の電気的に絶縁された基板１４は、その表面１８の上
にパターン形成された加熱素子（図示せず）及びアドレ
ス電極１６を有し、上側の基板２０は、一つの方向に伸
延して上側基板２０の前縁２２を貫通する平行な三角形
の断面形状の溝を有する。溝の他方の端部は、図示され
ない共通の内部凹部と連通する。内部凹部の床部は、イ
ンク充填孔２６として使用される貫通する開口を有す
る。溝を有する上側基板の表面は、後で説明されるよう
に、下側基板１４に整列されて接着されるので、複数の
加熱素子のそれぞれが、溝及び下側基板によって形成さ
れる各々のチャンネル内に配置される。インクは、毛細
管作用により、充填孔を通って凹部と下側基板によって
形成されたマニホルドに入り、チャンネルを満たす。各
々のノズルにおいてインクはメニスカスを形成し、その
表面張力はインクがそこから漏れるのを防止する。下側
基板１４の上のアドレス電極１６は、端子２８で終わ
る。

【００１５】図２は、印刷ヘッド１０用の複数の上側基
板２０を製造するのに使用される、二面が研磨された
（１００）シリコンウエハ３０を示す。ウエハが化学的
に清浄化された後、熱分解ＣＶＤシリコンチッ化物層３
２、３３（図３参照）は、ウエハ３０の両側３４、３６
に堆積される。これに加えて、導電性の金属、好適な実
施態様においてはアルミニウムの層３８が、シリコンチ
ッ化物層３３の上に堆積される。慣用のフォトリソグラ
フ技術を使用して、複数の上側基板２０の各々の充填孔
２６のための一つのバイア（ｖｉａ）と、所定位置の整
列隙間４０のための少なくとも二つのバイア（ｖｉａ）
が、一方のウエハ側部３６に、すなわち、図２に示され
た側と反対側に、印刷される。シリコンチッ化物とアル
ミニウムは、プラズマエッチングされ充填孔と整列隙間
を表すパターン形成されたバイア（ｖｉａ）が形成され
る。カリウム水酸化物（ＫＯＨ）による異方性エッチン
グを利用して、充填孔と整列隙間をエッチングする。

【００１６】次に、ウエハ３０の側部３６は、基準とし
て以前にエッチングされた整列孔を使用してフォトリソ
グラフ的にパターン形成され、最終的に印刷ヘッドのイ
ンクマニホルドになる比較的大きな長方形の凹部４５が
形成される。同様に、各々の基板２０の間で、マニホル
ドの凹部の短い壁５１の各々に隣接して二つの凹部４６
もパターン形成される。各々の長いマニホルド凹部壁５
２に平行で隣接している平行な細長い溝５３は、ウエハ
表面３４の全体を横切って、隣接している基板２０のマ
ニホルド凹部の間に伸延する。マニホルド凹部の輪郭を
規定する壁の頂部４７は、金属層３８によって覆われた
シリコン層をまだ含み、その上に接着剤がウエハ３０を
接着するために均一な層の形態で堆積されることになる
元のウエハ表面３４の一部である。細長い溝５３と凹部
４６は、後述する接着プロセスの間に、印刷ヘッド電極
端子のための隙間を提供する。各々のマニホルドのマニ
ホルド凹部壁５２の一つは、インクチャンネルとして機
能する溝４８を後で含むことになる。ＫＯＨ溶液による
異方性エッチングが凹部４５を製造するために使用され
るが、表面パターンのサイズの故に、エッチングプロセ
スはエッチングが凹部の所定の深さで止まるように時間
が定められなければならない。そうでない場合には、パ
ターンサイズが非常に大きいので、腐食液が、ウエハを
完全に貫通してエッチングしてしまうことになる。マニ
ホルド凹部４５の床部４５ａは、エッチングプロセスが
停止される深さに決定される。この床部４５ａは、充填
孔の頂上４３の深さに一致するか、或いは、わずかに上
回るように十分に低いので、開口はインク充填孔２６と
して使用に適しているように製造される。

【００１７】平行な溝４８（図４）は、当該技術分野で
周知の任意のダイシング装置により、所定の凹部壁５２
に切断される。各々の溝４８は長さが約２０ミルであ
り、深さと幅が約１ミルである。溝は、平面ストリート
４７によって分離される。溝の軸の中心線間の直線間隔
は、約３ミルである。ストリート４７は金属層３８によ
り覆われており、接着表面を構成する。接着剤の被覆は
ここに記述された電気泳動法による堆積プロセスによっ
て層３８に付着される。上述のように、ストリート４７
は金属（アルミニウム）表面層３８を有し、その金属表
面層は接着剤が付着される接着表面として使用され、そ
の後ヒータプレートにチャンネルプレートを接着させて
印刷ヘッド１０が形成される。ストリート４７は、金属
層３８の露出部分として残すことができる共通のストリ
ップへ接続される。図５を参照すると、重合体接着剤の
コロイド状乳濁液６２が、容器６４の中に含まれてい
る。ウエハ３０は、ストリート４７を有する側部３４が
完全に浸漬されるように溶液６２の中へ下ろされる。電
気泳動浴は、第２の電極を形成する共通に接続したスト
リート４７で選択された重合体接着剤に依存して、陽極
または陰極のいずれか一方として選択された容器で形成
される。次いで、二つの電極はＤＣ電源６５に接続され
る。印加された電界の影響の下で、帯電された重合体ミ
セルは、各々のストリートを被覆するアルミニウム層の
上に移動して堆積する。このタイプの堆積に必要な電流
は、１ミリアンペア（ｍＡ）以下のオーダーである。一
般に、電流が少なければ少ないほど、堆積される被覆が
均一になる。電界は約３０±２５秒印加され、１〜２ミ
クロンの被覆７０が形成される。次いで、ウエハ３０は
浴から取り除かれ、複数のヒータプレートを含むウエハ
と整列され、米国再発行特許第３２，５７２号に更に詳
細に説明されているようにして、ウエハに接着される。
次いで、接着された基板は複数の印刷ヘッド１０に分離
される。

【００１８】上述した電気泳動法による被覆は室温で行
われ、電界強度の制御に依存して非常に正確な堆積を提
供し、広範囲の接着剤を使用することができる。適当な
重合体接着剤として、ポリスルホン、ポリエーテルスル
ホン、ポリイミド、ポリアミド−イミド、エポキシ樹
脂、クロロメチル化ポリアリーレンエーテルケトンやア
クリロイル化ポリアリーレンエーテルケトン及びそれら
の混合物のようなポリアリーレンエーテルケトン、前成
型されたポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスチレ
ン及びこれと同様なもの、クロロメチル化ポリエーテル
スルホン、アクリロイル化ポリエーテルスルホンがあ
る。

【００１９】パターン形成ステップは、導電性パターン
縁の比較的正確な境界を提供し、接着剤は、縁までしか
堆積されず、接着ステップが実行されたときに基板の隣
接する領域に流れ込むことはない。より正確さを増すた
めに、金属パターンの縁を取り去って接着パターンの中
央部分のみを残すための第２のフォトリソグラフ的なパ
ターン形成ステップを行なうことができる。

【００２０】

【実施例】

例Ｉ 要求された形状構造を有するチャンネルウエハ３０は、
真空蒸着によってアルミニウムでストリート４７及び３
８の上にメタライズされ、次いで、エポキシ樹脂の薄い
被覆が、非水溶性のコロイド状乳濁液からのエポキシ樹
脂の電気泳動法による堆積によって３８及び４７の上に
１ミクロン厚の被覆として形成される。この特定の実施
態様においては、エポキシ樹脂（Ｓｈｅｌｌ Ｅｐｏｎ
１００９、２グラム）、トリエチレンテトラアミン
（Ａｌｄｒｉｃｈ、２グラム）、及びシクロヘキサノン
（４０ｍＬ）が８５°Ｃで４時間加熱され、溶液は赤変
した。追加の４０ｍＬのシクロヘキサノンが添加され、
溶液は２５°Ｃまで冷却された。次いで、結果として生
じた溶液はメチルイソブチルケトン（２８０ｍＬ）に添
加され、陰極として機能するステンレス鋼製ビーカー内
で磁気攪拌された。このようにしてコロイド状の乳濁液
が形成された。追加の５６０ｍＬのシクロヘキサノンが
添加された。メタライズされたウエハは、１０秒間印加
された２５ボルトの電界に下で乳濁液に浸漬される。ア
ルミニウム表面３８にエポキシ樹脂フィルムの表面被覆
が形成された。風乾後に、エポキシ樹脂で被覆されたウ
エハは炉で１５分間５０度で加熱されて、「Ｂ」段階に
硬化され、１ミクロン厚になった。その後、メタライズ
されたチャンネルウエハとアルミニウム表面３８上のエ
ポキシ被覆は、ヒータウエハに一致させられて接着さ
れ、１分当たり１０°Ｃで１５０°Ｃまで加熱され、ヒ
ータとチャンネルウエハを永久的に接着する。接着され
たチャネルとヒータウエハを個々の印刷ヘッドにダイシ
ングした後、印刷ヘッドはインクに浸漬され、長時間に
わたって５０°Ｃの炉内に放置される。次いで、印刷ヘ
ッドは、インク浴から定期的に引き上げられ、部品から
インクを取り除くために、脱イオン水の自由流で洗浄さ
れ、次いで、インクによる被覆上の侵食の証拠について
顕微鏡で注意深く検査された。アルミニウム表面３８上
のエポキシ樹脂接着はこのようにして、７．５重量パー
セントのＢＡＳＦ Ｂａｓ ａｃｉｄ（Ｂｌａｃｋ Ｘ
−３４染料）、１０．５重量パーセントのスルホン酸
塩、１５重量パーセントのイミダゾール、１重量パーセ
ントのイミダゾール塩化水素酸塩、６６重量パーセント
の水からなるアルカリインク内に５０°Ｃで１０日間置
いて試験された。この期間の後で、被覆はインクによる
影響を全く受けなかった。「Ｙ」硬化可能なメタ−フェ
ニレンジアミンを、前述の式のトリエチレンテトラアミ
ンの代わりに用いてもよい。

【００２１】陽極堆積は、電界極性が逆で正に帯電した
ミセル粒子が陰極堆積プロセスにおいてメタライズされ
たウエハの上で堆積されるポリアリーレンエーテルケト
ンを除いて、上に列記した大多数の重合体の粘着性材料
に適していることが判っている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ヒータ基板をチャンネル基板に接着すること
によって形成された印刷ヘッドの拡大斜視図である。

【図２】 拡大されて示された一つのマニホルドと一つ
の整列開口を備えた、複数のインクマニホルド凹部を有
するウエハの概略平面図である。

【図３】 整列開口と後で充填孔を形成することになる
凹部を示す、「Ｃ−Ｃ」線に沿って見た図２のウエハの
拡大断面図である。

【図４】 後で図２のマニホルド凹部壁の一つにダイシ
ングされる一組のチャンネルの拡大斜視図である。

【図５】 コロイド状の接着剤の乳濁液を含む電気泳動
浴内に置かれる図３のウエハの斜視図を示す。

【符号の説明】

１０ 印刷ヘッド １２ 小滴放射ノズル １４ 下側基板 １６ アドレス電極 １８ 表面 ２０ 上側基板 ２２ 前縁 ２６ インク充填孔 ２８ 端子 ３０ シリコンウエハ ３２，３３ シリコン窒化物層 ３４ ウエハ表面 ３６ 一方のウエハ側部 ３８ アルミニウムの層 ４０ 整列隙間 ４５ 長方形の凹部 ４５ａ 床部 ４６ マニホルドの凹部 ４７ 頂部（平面ストリート） ４８ 溝 ５１ 短い壁 ５２ マニホルド凹部壁 ５３ 細長い溝 ６２ 乳濁液 ６４ 容器 ６５ ＤＣ電源 ７０ 被覆

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーブン・エフ・ポンド アメリカ合衆国 バージニア州 20155 ゲインズビル ボニーブライアーループ 8014 (72)発明者 ティモシー・ジェイ・フュラー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14534 −4023 ピッツフォード レイルロード ミルズロード 67

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第２の基板の表面に接着される第１の基
   板の表面に対する接着剤被覆の電気泳動法による堆積方
   法であって、（ａ）前記第１の基板の表面上に第１の電
   極を含む導電層を形成するステップと、（ｂ）重合体接
   着剤のコロイド状の粒子を含む溶液を形成するステップ
   と、（ｃ）前記第１の電極を溶液の中へ導入するステッ
   プと、（ｄ）第２の電極を前記溶液に接触状態で配置す
   るステップと、（ｅ）前記第１及び第２の電極を横切っ
   て電界を印加するステップと、（ｆ）前記第１の基板の
   導電層の上に堆積される接着剤の帯電されたミセルの均
   一な接着剤被覆を所望の厚さまで与えるステップと、
   （ｇ）溶液から基板を取り除くステップと、（ｈ）第１
   及び第２の基板を接着するステップであって、接着が接
   着剤被覆で達成されるステップと、を含む方法。
2. 【請求項２】 インクジェット印刷装置において使用さ
   れる印刷ヘッドを製造するための方法であって、（ａ）
   それぞれ第１及び第２の平行な表面を有する第１及び第
   ２のシリコン基板を清浄化するステップと、（ｂ）基板
   の表面上に絶縁材料の層を堆積するステップと、（ｃ）
   前記第２の基板の第１の接着表面上に導電層を堆積する
   ステップと、（ｄ）第１の基板の第１の表面上に加熱素
   子として使用される抵抗性材料のアレイを形成すると共
   に、電流パルスで各加熱素子の個別のアドレスを可能と
   するために同じ基板の表面上に電極のパターンを形成す
   るステップと、（ｅ）第２の基板内の少なくとも一つの
   凹部のエッチングに依存した方向に少なくとも一つのバ
   イアを製造するために、第２の基板の第２の表面上に絶
   縁層をフォトリソグラフ的にパターン形成するステップ
   と、（ｆ）第２の基板の第１の表面に、その一端が凹部
   と連通する複数の溝を形成するステップと、（ｇ）共通
   に接続された導電パターンを製造するために導電層をパ
   ターン形成するステップと、（ｈ）前記導電パターン上
   に重合体接着剤を電気泳動法で堆積するステップと、
   （ｉ）第１及び第２の基板を、各溝がその内部に加熱素
   子を含むように、それらの第１の表面を互いに対向させ
   て接触させた状態で整列させるステップと、（ｊ）接着
   剤を硬化させ、第１及び第２の基板を一緒に接着し、凹
   部がインク供給マニホルドとして機能し、溝が毛細管現
   象で充填されるチャネルとして機能する印刷ヘッドを形
   成するステップと、（ｋ）接着された第１及び第２の基
   板を切断し、凹部と連通するそれらの端部とは反対側の
   端部でそれぞれの溝を遮り、印刷ヘッドノズルとして機
   能する溝開口端部を形成するステップとを含む方法。
3. 【請求項３】 一方の表面の上に、マニホルドとして使
   用される凹部と、後でインクチャネルとして使用される
   複数の溝が形成され、溝は複数のストリートにより分離
   され、それぞれの前記ストリートの表面が金属層によっ
   て覆われている上側基板と、 その一方の表面がその上に形成された加熱素子とアドレ
   ス電極のアレイを有する下側基板とを含むサーマルイン
   クジェット印刷ヘッドであって、 上側基板と下側基板は整列され、一致させられ、前記金
   属層上に重合体フィルムを電気泳動法で堆積することに
   より形成されたフィルムにより一緒に接着されるサーマ
   ルインクジェット印刷ヘッド。