KR20070069024A - 액적 토출 헤드 및 그 제조 방법, 액적 토출 장치 - Google Patents

액적 토출 헤드 및 그 제조 방법, 액적 토출 장치 Download PDF

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Abstract

액체가 유로(流路)를 통하여 충전되는 압력실과, 압력실과 연통하고, 액체를 액적으로서 토출하는 노즐을 갖는 액적 토출 헤드에 있어서, 액적 토출 헤드가 조립된 후에, 적어도 액체와 접촉하는 벽면을 탄화실리콘막으로 코팅한다. 액적 토출 장치는 이 액적 토출 헤드를 구비한다.
유로 기판, 압력실, 압전 소자 기판, 노즐 플레이트

Description

액적 토출 헤드 및 그 제조 방법, 액적 토출 장치{DROPLET DISCHARGING HEAD AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME, AND DROPLET DISCHARGING DEVICE}
도 1은 잉크젯 기록 장치를 나타내는 개략 정면도.
도 2는 잉크젯 기록 헤드의 배열을 나타내는 설명도.
도 3은 기록 매체의 폭과 인자(印字) 영역의 폭의 관계를 나타내는 설명도.
도 4a는 잉크젯 기록 헤드의 전체 구성을 나타내는 개략 평면도.
도 4b는 잉크젯 기록 헤드의 1소자의 구성을 나타내는 개략 평면도.
도 5a는 도 4b의 A-A'선 단면도, 도 5b는 도 4b의 B-B'선 단면도, 도 5c는 도 4b의 C-C'선 단면도.
도 6은 제 1 실시예의 잉크젯 기록 헤드의 구성을 나타내는 개략 단면도.
도 7은 잉크젯 기록 헤드의 구동 IC의 범프(bump)를 나타내는 개략 평면도.
도 8은 제 1 실시예의 잉크젯 기록 헤드를 제조하는 전체 공정의 설명도.
도 9a 내지 도 9d는 제 1 실시예의 압전 소자 기판을 제조하는 공정을 나타내는 설명도.
도 9e 내지 도 9g는 제 1 실시예의 압전 소자 기판을 제조하는 공정을 나타내는 설명도.
도 9h 내지 도 9j는 제 1 실시예의 압전 소자 기판을 제조하는 공정을 나타 내는 설명도.
도 9k 내지 도 9m은 제 1 실시예의 압전 소자 기판을 제조하는 공정을 나타내는 설명도.
도 10a 및 도 10b는 제 1 실시예의 천판(天板) 부재를 제조하는 공정을 나타내는 설명도.
도 11a 내지 도 11c는 제 1 실시예의 압전 소자 기판에 천판 부재를 접합한 후의 공정을 나타내는 설명도.
도 11d 및 도 11e는 제 1 실시예의 압전 소자 기판에 천판 부재를 접합한 후의 공정을 나타내는 설명도.
도 11f 및 도 11g는 제 1 실시예의 압전 소자 기판에 천판 부재를 접합한 후의 공정을 나타내는 설명도.
도 11h 및 도 11i는 제 1 실시예의 압전 소자 기판에 천판 부재를 접합한 후의 공정을 나타내는 설명도.
도 12a 및 도 12b는 제 1 실시예의 압전 소자 기판에 노즐 플레이트를 접합한 후의 공정을 나타내는 설명도.
도 12c 및 도 12d는 제 1 실시예의 압전 소자 기판에 노즐 플레이트를 접합한 후의 공정을 나타내는 설명도.
도 12e 및 도 12f는 제 1 실시예의 압전 소자 기판에 노즐 플레이트를 접합한 후의 공정을 나타내는 설명도.
도 13a는 땜납을 탑재하는 다른 방법을 나타내는 설명도, 도 13b는 땜납을 탑재하는 또 다른 방법을 나타내는 설명도.
도 14a는 SiC막과 그 이외의 부재의 순수(純水)에 의한 접촉각을 비교한 표, 도 14b는 SiC막을 접액(接液)한 후의 순수에 의한 접촉각의 변화량을 비교한 표.
도 15는 제 1 실시예의 잉크젯 기록 헤드에 SiC막을 성막하기 전에 유기 박막을 설치한 경우를 나타내는 설명도.
도 16은 제 2 실시예의 잉크젯 기록 헤드를 제조하는 전체 공정의 설명도.
도 17a 내지 도 17f는 제 2 실시예의 압전 소자 기판을 제조하는 공정을 나타내는 설명도.
도 17g 내지 도 17k는 제 2 실시예의 압전 소자 기판을 제조하는 공정을 나타내는 설명도.
도 18a 내지 도 18c는 제 2 실시예의 압전 소자 기판에 천판 부재를 접합한 후의 공정을 나타내는 설명도.
도 18d 내지 도 18f는 제 2 실시예의 압전 소자 기판에 천판 부재를 접합한 후의 공정을 나타내는 설명도.
도 18g 및 도 18h는 제 2 실시예의 압전 소자 기판에 천판 부재를 접합한 후의 공정을 나타내는 설명도.
도 18i는 제 2 실시예의 압전 소자 기판에 천판 부재를 접합한 후의 공정을 나타내는 설명도.
도 19a 내지 도 19c는 제 2 실시예의 유로(流路) 기판을 제조하는 공정을 나타내는 설명도.
도 19d 내지 도 19f는 제 2 실시예의 유로 기판을 제조하는 공정을 나타내는 설명도.
도 20a 및 도 20b는 제 2 실시예의 압전 소자 기판에 유로 기판을 접합한 후의 공정을 나타내는 설명도.
도 20c 및 도 20d는 제 2 실시예의 압전 소자 기판에 유로 기판을 접합한 후의 공정을 나타내는 설명도.
도 21은 SiC막을 성막하는 플라스마 CVD법의 장치를 나타내는 설명도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
32 : 기록 헤드 38 : 잉크 저장실
39 : 저장실 부재 40 : 천판 부재
41 : 천판(天板) 42 : 전기 접속용 관통구
44 : 잉크 공급용 관통구 46 : 압전 소자
48 : 진동판 50 : 연통로
52 : 하부 전극 54 : 상부 전극
56 : 노즐 58 : 수지재
60 : 구동 IC 78 : Ge막
80 : 저투수성 절연막 90 : 금속 배선
92 : 수지 보호막 96 : SiC막
112 : 잉크 공급용 관통구 114A : 제 1 잉크 공급로
114B : 제 2 잉크 공급로 115 : 압력실
118, 119 : 격벽 수지층 200 : 플렉시블 프린트 기판
본 발명은 잉크 등의 액체가 유로(流路)를 통하여 충전되는 압력실과, 압력실과 연통(連通)하고, 액체를 액적으로서 토출하는 노즐을 갖는 액적 토출 헤드, 그 제조 방법, 더 나아가서는, 그 액적 토출 헤드를 구비한 액적 토출 장치에 관한 것이다.
종래부터, 액적 토출 헤드의 일례인 잉크젯 기록 헤드를 갖는 잉크젯 기록 장치(액적 토출 장치)가 알려져 있다. 상기 잉크젯 기록 장치에서는 잉크젯 기록 헤드의 복수의 노즐로부터 선택적으로 잉크방울을 토출하고, 기록 용지 등의 기록 매체에 화상(문자를 포함) 등을 인쇄한다. 그리고, 잉크젯 기록 장치에서의 잉크젯 기록 헤드의 제조에 있어서, 내(耐)잉크성을 갖는 부재의 선정이 필요 불가결한 조건의 하나로 되고 있다.
예를 들어 잉크 공급로로부터 노즐까지의 각 기구를 구성하는 복수의 플레이트가 적층되고, 잉크 토출 기구(이젝터(ejector))가 복수 연결된 멀티노즐형 잉크젯 기록 헤드가 있다. 이러한 잉크젯 기록 헤드에서는, 각 기구를 구성하는 플레이트는 다수의 상이한 부재에 의해 형성되고, 또한 각 플레이트의 연결에 많은 접합 부재(접착제)를 사용한다. 따라서, 각층의 구성 부재나 접착제의 내잉크성이 과제로 된다.
즉, 잉크젯 기록 헤드 내의 각 기구를 구성하는 부재에 그 기능에 최적인 재료를 사용하면, 각 구성 부재가 여러 종류의 상이한 재료로 되는 경우가 있다. 이러한 경우, 각 구성 부재의 내잉크성을 고려하면서, 각 기능에 최적인 재료를 선정하는 것은 시간적 및 물질적으로 곤란하다.
따라서, 각 구성 부재나 접착제에 예를 들어 무기 입자를 함유한 수지층을 코팅하여 내잉크성을 향상시키도록 하는 것이 제안되어 있다. 잉크 공급로로부터 노즐까지 재료가 상이한 복수의 플레이트가 적층됨으로써 구성되는 잉크젯 기록 헤드에서는, 각 구성 부재나 접착제 등의 내잉크성을 향상시키는 기술에 아직 개선의 여지가 있다.
본 발명은 액체의 유로를 구성하는 각 기구 등을 액체로부터 보호할 수 있고, 내(耐)액성에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 액적 토출 헤드, 그 제조 방법, 그리고, 그 액적 토출 헤드를 구비한 액적 토출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 따른 액적 토출 헤드는, 액체가 유로를 통하여 충전되는 압력실과, 상기 압력실과 연통하고, 상기 액체를 액적으로서 토출하는 노즐을 가지며, 상기 액체와 접촉하는 벽면이 탄화실리콘(이하 「SiC」라고 하는 경우가 있음)막으로 코팅되어 있다.
상기 액적 토출 헤드는 상기 압력실의 일부를 구성하는 진동판과, 상기 진동 판을 변위시키는 압전 소자를 더 갖고, 상기 액체와 접촉하는 상기 액적 토출 헤드의 벽면이 탄화실리콘막으로 코팅되어 있다.
상기 각 형태에 의하면, 액적 토출 헤드의 내액성에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 즉, 내면(內面) 처리막으로서의 탄화실리콘막은 높은 내액성 기능을 갖고 있기 때문에, 액적 토출 헤드의 액체 유로를 구성하는 각 부재의 벽면을 그 액체로부터 보호할 수 있다. 또한, 그 SiC막은 높은 친수성 기능도 갖고 있기 때문에, 유로 내에서의 기포 배출성을 향상시킬 수 있다.
상기 각 형태에 있어서, 상기 벽면과 상기 탄화실리콘막 사이에 유기 박막을 설치할 수도 있다.
상기 형태에 의하면, 액적 토출 헤드 및 액적 토출 장치의 내액성에 대한 신뢰성을 더 향상시킬 수 있다. 즉, 상이한 부재에 의해 구성된 각 기구가 적층되어 있는 헤드의 경우, 각 구성 부재는 열팽창 계수의 차이 등 많은 변동(응력(stress)) 요인을 갖고 있지만, 각 기구에 경도(硬度)가 높은 SiC막을 직접 성막하면, 그 응력에 의해 크랙(crack) 등의 파손(破損)이 생길 가능성이 있다. 그러나, 유연성이 높은 유기 박막 위에 SiC막을 형성함으로써, 시간 경과적인 SiC막의 박리(열화(劣化))를 방지할 수 있다. 따라서, 시간 경과에 대하여, 액체의 유로를 구성하는 각 기구의 벽면을 그 액체로부터 보호할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 액적 토출 헤드의 제조 방법은, 액체가 유로를 통하여 충전되는 압력실과, 상기 압력실과 연통하고, 상기 액체를 액적으로서 토출하는 노즐을 갖는 액적 토출 헤드의 제조 방법으로서, 적어도 상기 액체와 접촉하는 벽면에 탄화실리콘막을 화학적 기상 성장법에 의해 코팅한다.
본 발명의 일 형태에 따른 액적 토출 헤드의 제조 방법은, 액체가 유로를 통하여 충전되는 압력실과, 상기 압력실과 연통하고, 상기 액체를 액적으로서 토출하는 노즐과, 유로 기판과, 압전 소자 기판과, 지지 기판을 가지며, 상기 유로 기판에는 상기 압력실과 상기 노즐이 형성되고, 상기 압전 소자 기판은 진동판과 압전 소자를 구비하며, 상기 진동판은 상기 압력실의 일부를 구성하고, 상기 압전 소자는 상기 진동판을 변위시키며, 상기 지지 기판에는 상기 유로의 일부가 형성되어 있는 액적 토출 헤드의 제조 방법이다. 상기 압력실이 형성된 상기 유로 기판, 상기 압전 소자 기판, 및 상기 지지 기판을 형성한 후에, 상기 액체와 접촉하는 상기 액적 토출 헤드의 벽면에 탄화실리콘막을 화학적 기상 성장법에 의해 코팅한다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 액적 토출 헤드의 제조 방법은, 액체가 유로를 통하여 충전되는 압력실과, 상기 압력실과 연통하고, 상기 액체를 액적으로서 토출하는 노즐과, 상기 압력실의 일부를 구성하는 진동판과, 상기 진동판을 변위시키는 압전 소자를 갖는 액적 토출 헤드의 제조 방법으로서, 상기 진동판과 상기 압전 소자를 구비한 압전 소자 기판에 상기 압력실과 상기 노즐이 형성된 유로 기판을 접합하기 전에, 상기 압전 소자 기판 및 상기 유로 기판에 탄화실리콘막을 화학적 기상 성장법에 의해 코팅한다.
상기 각 형태에 의하면, 화학적 기상 성장법에 의해 내면 처리막으로서의 SiC막을 코팅하기 때문에 제조하기 쉽다. 또한, 이것에 의해, 액적 토출 헤드의 내액성에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 즉, SiC막은 높은 내액성 기능을 갖고 있기 때문에, 액체의 유로를 구성하는 각 기구의 벽면을 그 액체로부터 보호할 수 있다. 또한, 그 SiC막은 높은 친수성 기능도 갖고 있기 때문에, 유로 내에서의 기포 배출성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액적 토출 장치는, 액체가 유로를 통하여 충전되는 압력실과, 상기 압력실과 연통하고, 상기 액체를 액적으로서 토출하는 노즐을 구비하는 액적 토출 헤드를 가지며, 상기 액체와 접촉하는 상기 액적 토출 헤드 벽면이 탄화실리콘막으로 코팅되어 있다.
상기 형태에 의하면, 내액성에 대한 신뢰성이 향상된(내액성이 우수한) 액적 토출 장치를 실현할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 액적 토출 헤드의 액체 유로를 구성하는 각 기구를 액체로부터 보호할 수 있다. 이것에 의해, 내액성에 대한 신뢰성이 향상된 액적 토출 헤드, 그 제조 방법, 더 나아가서는, 그 액적 토출 헤드를 구비한 액적 토출 장치를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예(복수)에 대해서 도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 또한, 액적 토출 장치로서는 잉크젯 기록 장치(10)를 예로 들어 설명한다. 액체는 잉크(110)로 하고, 액적 토출 헤드는 잉크젯 기록 헤드(32)로 하여 설명을 행한다. 또한, 기록 매체는 기록 용지(P)로 하여 설명을 행한다.
잉크젯 기록 장치(10)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 기록 용지(P)를 송출하는 용지 공급부(12)와, 기록 용지(P)의 자세를 제어하는 레지스터 조정부(14)와, 잉크방울을 토출하여 기록 용지(P)에 화상 형성하는 기록 헤드부(16) 및 기록 헤드 부(16)의 메인티넌스를 행하는 메인티넌스부(18)를 구비하는 기록부(20)와, 기록부(20)에서 화상 형성된 기록 용지(P)를 배출하는 배출부(22)에 의해 기본적으로 구성되어 있다.
용지 공급부(12)는 기록 용지(P)가 적층되어 쌓여 있는 스토커(stoker)(24)와, 스토커(24)로부터 1매씩 취출(取出)하여 레지스터 조정부(14)에 반송하는 반송 장치(26)로 구성되어 있다. 레지스터 조정부(14)는 루프 형성부(28)와, 기록 용지(P)의 자세를 제어하는 가이드 부재(29)를 갖고 있으며, 기록 용지(P)는 이 부분을 통과함으로써 그 보디(body)를 이용하여 스큐(skew)가 교정되는 동시에, 반송 타이밍이 제어되어 기록부(20)에 공급된다. 그리고, 배출부(22)는 기록부(20)에서 화상이 형성된 기록 용지(P)를 배지(排紙) 벨트(23)를 통하여 트레이(25)에 수납한다.
기록 헤드부(16)와 메인티넌스부(18) 사이에는 기록 용지(P)가 반송되는 용지 반송로(27)가 구성되어 있다(용지 반송 방향을 화살표 PF로 나타냄). 용지 반송로(27)는 성형 휠(star wheel)(17)과 반송 롤(19)을 갖고, 이 성형 휠(17)과 반송 롤(19)에 의해 기록 용지(P)를 사이에 삽입하면서 연속적으로(정지시키지 않고) 반송한다. 그리고, 이 기록 용지(P)에 대하여 기록 헤드부(16)로부터 잉크방울이 토출되고, 기록 용지(P)에 화상이 형성된다.
메인티넌스부(18)는 잉크젯 기록 유닛(30)에 대하여 대향 배치되는 메인티넌스 장치(21)를 갖고 있으며, 잉크젯 기록 헤드(32)(후술)에 대한 캡핑(capping)이나, 와이핑(wiping), 더 나아가서는, 더미젯(du㎜y jet)이나 진공 등의 처리를 행 한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 각 잉크젯 기록 유닛(30)은 화살표 PF로 나타낸 용지 반송 방향과 직교하는 방향으로 배치된 지지 부재(34)를 구비하고 있으며, 이 지지 부재(34)에 복수의 잉크젯 기록 헤드(32)가 부착되어 있다. 잉크젯 기록 헤드(32)에는 매트릭스 형상으로 복수의 노즐(56)이 형성되어 있고, 기록 용지(P)의 폭방향으로는 잉크젯 기록 유닛(30) 전체적으로 일정한 피치에서 노즐(56)이 병설(竝設)되어 있다.
그리고, 용지 반송로(27)가 연속적으로 반송되는 기록 용지(P)에 대하여 노즐(56)로부터 잉크방울을 토출함으로써, 기록 용지(P) 위에 화상이 기록된다. 또한, 잉크젯 기록 유닛(30)은 예를 들어 소위 풀 컬러(full-color)의 화상을 기록하기 위해, 황색(Y), 자홍색(M), 청록색(C), 흑색(K)의 각색에 대응하여 적어도 4개 배치되어 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 각각의 잉크젯 기록 유닛(30)의 노즐(56)에 의한 인자(印字) 영역 폭은, 이 잉크젯 기록 장치(10)에서의 화상 기록이 상정(想定)되는 기록 용지(P)의 용지 최대 폭 PW보다도 길게 되어 있으며, 잉크젯 기록 유닛(30)을 용지 폭방향으로 이동시키지 않고 기록 용지(P)의 전폭(全幅)에 걸친 화상 기록이 가능하게 되어 있다. 즉, 이 잉크젯 기록 유닛(30)은 싱글 펄스(single-pulse) 인자가 가능한 Full Width Array(FWA)로 되어 있다.
여기서, 인자 영역 폭은 기록 용지(P)의 폭방향 양단(兩端)으로부터 인자하지 않는 마진을 뺀 기록 영역 중 최대의 것이 기본으로 되지만, 일반적으로는 인자 대상으로 되는 용지 최대 폭 PW보다도 크게 되어 있다. 이것은 기록 용지(P)가 반송 방향에 대하여 소정 각도 경사지게(비스듬하게) 반송될 우려가 있고, 테두리 없는(no-edge) 인자의 요망이 높기 때문이다.
다음으로, 이상과 같은 구성의 잉크젯 기록 장치(10)에 있어서, 잉크젯 기록 헤드(32)에 대해서 상세하게 설명한다. 도 4는 제 1 실시예의 잉크젯 기록 헤드(32)의 구성을 나타내는 개략 평면도이다. 즉, 도 4a는 잉크젯 기록 헤드(32)의 전체 구성을 나타내는 것이고, 도 4b는 1개의 소자의 구성을 나타내는 것이다.
또한, 도 5a 내지 도 5c는 각각 도 4b의 각부(各部)를 A-A'선, B-B'선, C-C'선의 단면에 의해 나타내는 것이다. 다만, 후술하는 실리콘 기판(72), 저장실 부재(39), SiC막(96)은 생략한다. 또한, 도 6은 잉크젯 기록 헤드(32)를 부분적으로 취출하여 주요 부분이 명확해지도록 나타낸 개략 종단면도이다.
이 잉크젯 기록 헤드(32)에는 도 6에 나타낸 바와 같이 천판(top-panel) 부재(40)가 배치되어 있다. 본 실시예에서는 천판 부재(40)를 구성하는 유리제 천판(41)은 판 형상이고, 또한 배선을 갖고 있으며, 잉크젯 기록 헤드(32) 전체의 천판으로 되어 있다. 천판 부재(40)에는 구동 IC(60)와, 구동 IC(60)에 통전(通電)하기 위한 금속 배선(90)이 설치되어 있다. 금속 배선(90)은 수지 보호막(92)에 의해 피복 보호되어 있고, 잉크(110)에 의한 침식이 방지되게 되어 있다.
또한, 이 구동 IC(60)의 하면(下面)에는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 복수의 범프(60B)가 매트릭스 형상으로 소정 높이에서 돌출 설치되어 있고, 천판(41) 위로서 저장실 부재(39)보다도 외측의 금속 배선(90)에 플립칩 실장되게 되어 있다. 따라서, 압전 소자(46)에 대한 고밀도 배선과 저(低)저항화를 용이하게 실현할 수 있고, 이것에 의해, 잉크젯 기록 헤드(32)의 소형화를 실현할 수 있게 되어 있다. 또한, 구동 IC(60)의 주위는 수지재(58)로 밀봉되어 있다(도 6 참조).
천판 부재(40)에는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 내잉크성을 갖는 재료로 구성된 저장실 부재(39)가 점착되어 있고, 천판(41)과의 사이에 소정의 형상 및 용적을 갖는 잉크 저장실(38)이 형성되어 있다. 저장실 부재(39)에는 잉크 탱크(도시 생략)와 연통하는 잉크 공급 포트(36)가 소정 개소에 설치되어 있고, 잉크 공급 포트(36)로부터 주입된 잉크(110)는 잉크 저장실(38)에 저장된다.
천판(41)에는 후술하는 압력실(115)과 일대일로 대응하는 잉크 공급용 관통구(112)가 형성되어 있고, 그 내부가 제 1 잉크 공급로(114A)로 되어 있다. 또한, 천판(41)에는 후술하는 상부 전극(54)에 대응하는 위치에 전기 접속용 관통구(42)가 형성되어 있다. 천판(41)의 금속 배선(90)은 전기 접속용 관통구(42) 내까지 연장되어 그 전기 접속용 관통구(42)의 내면을 덮고, 또한 상부 전극(54)에 접촉하고 있다.
이것에 의해, 금속 배선(90)과 상부 전극(54)이 전기적으로 접속되고, 후술하는 압전 소자 기판(70)의 개별 배선이 불필요해진다. 또한, 전기 접속용 관통구(42)의 하부는 금속 배선(90)에 의해 폐색(閉塞)된 저부(底部)(42B)(도 11b 참조)로 되어 있고, 전기 접속용 관통구(42)는 상방(上方)으로만 개방된 이외는 폐쇄된 공간으로 되어 있다.
유로 기판으로서의 실리콘 기판(72)에는 잉크 저장실(38)로부터 공급된 잉크 (110)가 충전되는 압력실(115)이 형성되고, 압력실(115)과 연통하는 노즐(56)로부터 잉크방울이 토출되게 되어 있다. 그리고, 잉크 저장실(38)과 압력실(115)이 동일 수평면 상에 존재하지 않게 구성되어 있다. 따라서, 압력실(115)을 서로 접근시킨 상태로 배치하는 것이 가능하며, 노즐(56)을 매트릭스 형상으로 고밀도로 배열 설치하는 것이 가능하게 되어 있다.
실리콘 기판(72)의 하면(下面)에는 노즐(56)이 형성된 노즐 플레이트(74)가 점착되고, 실리콘 기판(72)의 상면(上面)에는 압전 소자 기판(70)이 형성(제조)된다. 압전 소자 기판(70)은 진동판(48)을 갖고 있으며, 진동판(48)의 진동에 의해 압력실(115)의 용적을 증감(增減)시켜 압력파를 발생시킴으로써, 노즐(56)로부터의 잉크방울 토출이 가능하게 되어 있다. 따라서, 진동판(48)이 압력실(115)의 1개의 면을 구성하고 있다.
압전 소자(46)는 압력실(115)마다 진동판(48)의 상면에 접착되어 있다. 진동판(48)은 Chemical Vapor Deposition(CVD)법(화학적 기상 성장법)에 의해 형성된 SiOx막이며, 적어도 상하 방향으로 탄성을 갖고, 압전 소자(46)에 통전되면(전압이 인가되면), 상하 방향으로 휨 변형되는(변위되는) 구성으로 되어 있다. 또한, 진동판(48)은 Cr 등의 금속 재료여도 상관없다.
또한, 압전 소자(46)의 하면에는 한쪽 극성(極性)으로 되는 하부 전극(52)이 배치되고, 압전 소자(46)의 상면에는 다른쪽 극성으로 되는 상부 전극(54)이 배치된다. 그리고, 압전 소자(46)는 저(低)투수성 절연막(SiOx막)(80)에 의해 피복 보호되어 있다. 압전 소자(46)를 피복 보호하고 있는 저투수성 절연막(SiOx막)(80) 은 수분 투과성이 낮아지는 조건으로 착막(着膜)하기 때문에, 수분이 압전 소자(46)의 내부에 침입하여 신뢰성 불량으로 되는 것(압전 소자(46)의 재료인 PZT막 내의 산소를 환원시킴으로써 발생하는 압전 특성의 열화)을 방지할 수 있다.
또한, 저투수성 절연막(SiOx막)(80) 위에는 격벽 수지층(119)이 적층되어 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 격벽 수지층(119)은 압전 소자 기판(70)과 천판 부재(40) 사이의 공간을 구획하고 있다. 격벽 수지층(119)에는 천판(41)의 잉크 공급용 관통구(112)와 연통하는 잉크 공급용 관통구(44)가 형성되어 있고, 그 내부가 제 2 잉크 공급로(114B)로 되어 있다.
제 2 잉크 공급로(114B)는 제 1 잉크 공급로(114A)의 단면적보다도 작은 단면적을 갖고 있으며, 잉크 공급로(114) 전체에서의 유로 저항이 소정의 값으로 되도록 조정되어 있다. 즉, 제 1 잉크 공급로(114A)의 단면적은 제 2 잉크 공급로(114B)의 단면적보다도 충분히 크게 되어 있고, 제 2 잉크 공급로(114B)에서의 유로 저항과 비교하여 실질적으로 무시할 수 있을 정도로 되어 있다. 따라서, 잉크 저장실(38)로부터 압력실(115)로의 잉크 공급로(114)의 유로 저항은 제 2 잉크 공급로(114B)에 의해서만 규정된다.
또한, 적어도 잉크(110)가 접하는 벽면, 즉, 수지 보호막(92), 잉크 공급용 관통구(112), 격벽 수지층(119), 압력실(115), 연통로(50)의 내벽면에는 탄화실리콘(SiC)막(96)이 플라스마 CVD법에 의해 그들의 접합 부분(경계 부분)을 포함하도록 일체적으로 성막(成膜)되어 있다(코팅되어 있다). 따라서, 그들의 내잉크성이 향상된다.
또한, 전기 접속용 관통구(42)에 대응하는 위치에는 격벽 수지층(118)이 적층되어 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 격벽 수지층(118)에는 금속 배선(90)이 관통하는 관통 구멍(120)이 형성되어 있고, 금속 배선(90)의 하단(下端)을 상부 전극(54)에 접촉시킬 수 있게 하고 있다. 또한, 도 6에서는 격벽 수지층(118)과 격벽 수지층(119)이 분리된 위치에서의 단면(斷面)으로 하고 있지만, 이들은 실제로는 부분적으로 연결되어 있다.
또한, 격벽 수지층(118, 119)에 의해, 천판 부재(40)와 압전 소자(46)(엄밀하게는, 압전 소자(46) 위의 저투수성 절연막(SiOx막)(80)) 사이에 간극(間隙)이 구성되고, 공기층으로 되어 있다. 이 공기층에 의해, 압전 소자(46)의 구동이나 진동판(48)의 진동에 영향을 주지 않게 되어 있다. 또한, 격벽 수지층(119)에는 대기(大氣) 연통 구멍(116)이 형성되어 있고(도 4b 참조), 잉크젯 기록 헤드(32)의 제조 시나 화상 기록 시에서의 천판(41)과 압전 소자 기판(70)의 공간의 압력 변동을 저감하고 있다.
또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 전기 접속용 관통구(42)의 내부에는 금속 배선(90)에 접촉하도록 하여 땜납(86)이 충전되어 있다. 이것에 의해, 실질적으로 금속 배선(90)이 보강(補强)되어 상부 전극(54)에 대한 접촉 상태(전기적인 접속 상태)가 향상되고 있으며, 예를 들어 열 응력이나 기계적 응력 등에 의해 접촉 상태가 저하될 것 같은 경우에도, 땜납(86)에 의해 그 접촉 상태가 양호하게 유지된다.
따라서, 구동 IC(60)로부터의 신호가 천판 부재(40)의 금속 배선(90)에 통전 되고, 또한 금속 배선(90)으로부터 상부 전극(54)에 통전된다. 그리고, 소정의 타이밍에서 압전 소자(46)에 전압이 인가되고, 진동판(48)이 상하 방향으로 휨 변형됨으로써, 압력실(115) 내에 충전된 잉크(110)가 가압되어 노즐(56)로부터 잉크방울이 토출된다.
또한, 격벽 수지층(119)과 격벽 수지층(118)은 그 상면의 높이가 일정하도록, 즉, 일면으로 되도록 구성되어 있다. 따라서, 천판(41)으로부터 측정한 격벽 수지층(119)과 격벽 수지층(118)의 대향면 높이(거리)도 동일하게 되어 있다. 이것에 의해, 천판(41)이 접촉할 때의 접촉성이 높아지고, 밀봉성도 높아지게 되어 있다. 또한, 금속 배선(90)에는 플렉시블 프린트 기판(FPC)(200)도 접속된다.
다음으로, 이상과 같은 구성의 잉크젯 기록 헤드(32)의 제조 공정에 대해서 도 8 내지 도 12f에 의거하여 상세하게 설명한다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 이 잉크젯 기록 헤드(32)는 유로 기판으로서의 실리콘 기판(72)의 상면에 압전 소자 기판(70)을 제조하고, 그 후, 실리콘 기판(72)의 하면에 노즐 플레이트(74)(노즐 필름(68))를 접합(점착)함으로써 제조된다.
도 9a에 나타낸 바와 같이, 우선, 실리콘 기판(72)을 준비한다. 그리고, 도 9b에 나타낸 바와 같이, Reactive Ion Etching(RIE)법에 의해, 그 실리콘 기판(72)의 연통로(50)로 되는 영역에 개구부(72A)를 형성한다. 구체적으로는, 포토리소그래피법에 의한 레지스트 형성, 패터닝, RIE법에 의한 에칭, 산소 플라스마에 의한 레지스트 박리를 행한다.
이어서, 도 9c에 나타낸 바와 같이, RIE법에 의해, 그 실리콘 기판(72)의 압 력실(115)로 되는 영역에 홈부(72B)를 형성한다. 구체적으로는, 상기와 동일하게, 포토리소그래피법에 의한 레지스트 형성, 패터닝, RIE법에 의한 에칭, 산소 플라스마에 의한 레지스트 박리이다. 이것에 의해, 압력실(115)과 연통로(50)로 되어야 할 다단(多段) 구조가 형성된다.
그 후, 도 9d에 나타낸 바와 같이, 연통로(50)를 구성하는 개구부(72A)와, 압력실(115)을 구성하는 홈부(72B)에 스크린 인쇄법(도 13b 참조)에 의해 유리 페이스트(glass paste)(76)를 충전한다(매립한다). 이 유리 페이스트(76)는 열팽창 계수가 1×10-6/℃∼6×10-6/℃이며, 연화점(軟化點)은 550℃∼900℃이다. 이 범위의 유리 페이스트(76)를 사용함으로써, 유리 페이스트(76)에 크랙이나 박리가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 더 나아가서는, 후술하는 공정에서 압전 소자(46)나 진동판(48)으로 되는 박막에 형상 왜곡이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 유리 페이스트(76)를 충전한 후, 실리콘 기판(72)을 예를 들어 800℃에서 10분간 가열 처리한다. 이 유리 페이스트(76)의 경화(硬化) 열처리에 사용하는 온도는 후술하는 압전 소자(46)나 진동판(48)의 성막 온도(예를 들어 350℃)보다도 높은 온도이다. 이것에 의해, 유리 페이스트(76)에는 진동판(48) 및 압전 소자(46)의 성막 공정에서의 고온 내성이 생긴다. 즉, 나중의 공정에서 적어도 유리 페이스트(76)를 경화 열처리한 온도까지는 설정할 수 있게 되기 때문에, 나중의 공정에서의 사용 온도의 허용 범위가 확대된다.
그 후, 실리콘 기판(72)의 상면(표면)을 연마하여 잉여 유리 페이스트(76)를 제거하고, 그 상면(표면)을 평탄화한다. 이것에 의해, 압력실(115) 및 연통로(50)로 되는 영역 위에도 박막 등을 정밀하게 형성하는 것이 가능해진다.
다음으로, 도 9e에 나타낸 바와 같이, 실리콘 기판(72)의 상면(표면)에 스퍼터링법에 의해 게르마늄(Ge)막(78)(막 두께 1㎛)을 착막한다. 이 Ge막(78)은, 나중의 공정에서 유리 페이스트(76)를 불화수소(HF) 용액에 의해 에칭 제거할 때에, 후술하는 SiOx막(82)(진동판(48))이 함께 에칭되지 않도록 보호하는 에칭 스토퍼(stopper)층으로서 기능한다. 또한, 이 Ge막(78)은 증착이나 CVD법에 의해서도 성막할 수 있다. 또한, 에칭 스토퍼층으로서는, 실리콘(Si)막도 사용할 수 있다.
그리고, 도 9f에 나타낸 바와 같이, 그 Ge막(78)의 상면에 진동판(48)으로 되는 박막 예를 들어 온도 350℃, RF power 300W, 주파수 450㎑, 압력 1.5torr, 가스 SiH4/N2O=150/4000sccm의 플라스마 CVD법에 의해 SiOx막(82)(막 두께 4㎛)을 성막한다. 또한, 이 경우의 진동판(48)의 재료로서는, SiNx막, SiC막, 금속(Cr)막 등일 수도 있다.
그 후, 도 9g에 나타낸 바와 같이, 스퍼터링법에 의해, 예를 들어 두께 0.5㎛ 정도의 Au막(62), 즉, 하부 전극(52)을 성막한다. 그리고, 도 9h에 나타낸 바와 같이, 진동판(48)의 상면에 적층된 하부 전극(52)을 패터닝한다. 구체적으로는, 포토리소그래피법에 의한 레지스트 형성, 패터닝, RIE법에 의한 에칭, 산소 플라스마에 의한 레지스트 박리이다. 이 하부 전극(52)이 접지 전위로 된다.
다음으로, 도 9i에 나타낸 바와 같이, 하부 전극(52)의 상면에 압전 소자 (46)의 재료인 PZT막(64)과, 상부 전극(54)으로 되는 Au막(66)을 차례로 스퍼터링법에 의해 적층하고, 도 9j에 나타낸 바와 같이, 압전 소자(46)(PZT막(64)) 및 상부 전극(54)(Au막(66))을 패터닝한다.
구체적으로는, PZT막 스퍼터링(막 두께 5㎛), Au막 스퍼터링(막 두께 0.5㎛), 포토리소그래피법에 의한 레지스트 형성, 패터닝(에칭), 산소 플라스마에 의한 레지스트 박리이다. 하부 및 상부의 전극 재료로서는, 압전 소자(46)인 PZT 재료와의 친화성이 높고, 내열성이 있는 예를 들어 Au, Ir, Ru, Pt 등을 들 수 있다.
그 후, 도 9k에 나타낸 바와 같이, 진동판(48)(SiOx막(82))에 잉크 공급로(114) 형성용 구멍부(82A)를 패터닝한다. 구체적으로는, 포토리소그래피법에 의한 레지스트 형성, 패터닝(HF 에칭), 산소 플라스마에 의한 레지스트 박리이다.
다음으로, 도 9l에 나타낸 바와 같이, 상면에 노출되어 있는 하부 전극(52)과 상부 전극(54)의 상면에 저투수성 절연막(SiOx막)(80)을 적층한다. 그리고, 패터닝에 의해, 상부 전극(54)과 금속 배선(90)을 접속하기 위한 개구(開口)(84)(컨택트 홀)를 형성한다. 구체적으로는, CVD법에 의해 댕글링 본드(dangling-bond) 밀도가 높은 저투수성 절연막(SiOx막)(80)을 착막, 포토리소그래피법에 의한 레지스트 형성, 패터닝(HF 에칭), 산소 플라스마에 의한 레지스트 박리이다. 또한, 여기서는 저투수성 절연막으로서 SiOx막을 사용했지만, SiNx막, SiOxNy막 등일 수도 있다.
이어서, 도 9m에 나타낸 바와 같이, 격벽 수지층(119) 및 격벽 수지층(118)을 패터닝한다. 구체적으로는, 격벽 수지층(119), 격벽 수지층(118)을 구성하는 감광성 수지를 도포하고, 노광·현상함으로써 패턴을 형성하며, 마지막으로 경화(cure)시킨다. 이 때, 격벽 수지층(119)에 잉크 공급용 관통구(44)를 형성하여 둔다.
또한, 격벽 수지층(119)과 격벽 수지층(118)은 동일한 막이지만, 설계 패턴이 상이하다. 또한, 격벽 수지층(119), 격벽 수지층(118)을 구성하는 감광성 수지는 폴리이미드계, 폴리아미드계, 에폭시계, 폴리우레탄계, 실리콘계 등 내잉크성을 갖고 있으면 된다.
이렇게 하여, 실리콘 기판(72)(유로 기판)의 상면에 압전 소자 기판(70)이 제조되고, 이 압전 소자 기판(70)의 상면에 예를 들어 유리판을 지지체로 하는 천판 부재(40)가 결합(접합)된다. 천판 부재(40)의 제조에서는, 도 10a에 나타낸 바와 같이, 천판 부재(40) 자체가 지지체로 될 수 있을 정도의 강도(强度)를 확보할 수 있는 두께(0.3㎜∼1.5㎜)를 갖는 천판(41)을 포함하고 있기 때문에, 별도로 지지체를 설치할 필요가 없다. 이 천판(41)에, 도 10b에 나타낸 바와 같이, 잉크 공급용 관통구(112) 및 전기 접속용 관통구(42)를 형성한다.
구체적으로는, 포토리소그래피법에 의해 감광성 드라이 필름의 레지스트를 패터닝하고, 이 레지스트를 마스크로 하여 샌드 블라스팅(sand blasting) 처리를 행하여 개구를 형성한 후, 그 레지스트를 산소 플라스마에 의해 박리한다. 또한, 잉크 공급용 관통구(112) 및 전기 접속용 관통구(42)는 단면에서 보아 내면이 하방(下方)을 향하여 점차 접근하도록 테이퍼 형상(깔때기 형상)으로 형성되어 있다.
이렇게 하여 잉크 공급용 관통구(112) 및 전기 접속용 관통구(42)가 형성된 천판(41)(천판 부재(40))을, 도 11a에 나타낸 바와 같이, 압전 소자 기판(70)에 의해 덮어 양자를 열압착(예를 들어 350℃, 2㎏/㎠에서 20분간)에 의해 결합(접합)한다. 이 때, 격벽 수지층(119)과 격벽 수지층(118)은 일면(一面)(동일 높이)으로 되도록 구성되어 있기 때문에, 천판(41)과의 접촉성이 높아지고, 높은 밀봉성으로 접합할 수 있다.
그리고, 도 11b에 나타낸 바와 같이, 천판(41)의 상면에 금속 배선(90)을 성막하여 패터닝한다. 구체적으로는, 스퍼터링법에 의한 Al막(막 두께 1㎛)의 착막, 포토리소그래피법에 의한 레지스트의 형성, H3PO4 약액(藥液)을 사용한 Al막의 습식 에칭, 산소 플라스마에 의한 레지스트 박리이다.
또한, 전기 접속용 관통구(42)의 단차(段差)는 매우 크기 때문에, 포토리소그래피 공정에서는 레지스트의 스프레이 도포법과 장초점 심도 노광법을 이용하고 있다. 이 때, 금속 배선(90)의 일부가 전기 접속용 관통구(42)의 내면으로부터 상부 전극(54)에 도달하도록 패터닝하여 둔다.
이것에 의해, 전기 접속용 관통구(42)의 저부(底部)(42B)가 금속 배선(90)에 의해 폐색되고, 전기 접속용 관통구(42)는 상방으로만 개방된 이외는 폐쇄된 공간으로 된다. 또한, 금속 배선(90)을 전기 접속용 관통구(42)의 심부(深部)까지 두껍게 성막하고자 할 경우에는, 스퍼터링법보다도 단차 피복성이 양호한 CVD법을 채용하는 것이 좋다.
이어서, 이와 같이 금속 배선(90)이 패터닝된 전기 접속용 관통구(42) 내(상 기 공간 내)에, 도 11c에 나타낸 바와 같이, 땜납(86)을 탑재한다. 이 방법으로서는, 땜납 볼(soldering ball)(86B)을 전기 접속용 관통구(42) 내에 직접 탑재하는 땜납 볼법을 이용할 수 있다.
또한, 땜납 볼법 이외에, 도 13a에 나타낸 바와 같이, 잉크젯의 원리를 응용한 가열 용융 땜납 토출 공급법을 이용할 수도 있다. 이 방법에서는 천판(41)과 비접촉으로, 또한 마스크를 사용하지 않고 땜납(86)을 소정의 위치에 공급할 수 있다. 또한, 도 13b에 나타낸 바와 같이, 스크린 인쇄법을 이용하여 땜납(86)을 공급할 수도 있다. 어떠한 공급 방법일지라도, 전기 접속용 관통구(42)는 단면에서 보아 내면이 하방을 향하여 점차 접근하는 테이퍼 형상(깔때기 형상)으로 형성되어 있기 때문에, 땜납(86)이 전기 접속용 관통구(42)의 내면에 부착되기 쉽다.
다음으로, 도 11d에 나타낸 바와 같이, 땜납(86)을 리플로(reflow)(예를 들어 280℃에서 10분간)하고, 전기 접속용 관통구(42)의 저부(42B)까지 확산시킨다. 이 때, 전기 접속용 관통구(42)의 저부(42B)에는 용융된 땜납(86)이 유출되는 경로가 없기 때문에, 고온의 환경 하에서 땜납(86)을 충분히 용융시켜 전기 접속용 관통구(42)의 저부(42B)까지 확실하게 충전할 수 있다.
즉, 이 단계에서 땜납(86)의 최하부는 천판(41)의 하면(금속 배선(90)이 형성되지 않은 면)보다도 하측의 전기 접속용 관통구(42) 내에 위치하고 있어, 전기 접속용 관통구(42) 내의 금속 배선(90)에 확실하게 접촉하게 되어 있다. 또한, 용융된 땜납(86)이 천판(41)의 상면(엄밀하게는, 금속 배선(90)의 상면)보다도 상방에 위치하지 않도록 충전하는 땜납(86)의 양은 미리 소정량으로 결정된다.
여기서, 금속 배선(90)의 저부, 즉, 상부 전극(54)과 접촉하고 있는 부위는 금속 배선(90)을 구성하고 있는 Al막이 얇아지는 경우가 있으며, 격벽 수지층(119)의 열팽창 등에 의해 기계적 응력을 받아 금속 배선(90)이 단선(斷線)될 우려가 있다. 그러나, 이러한 경우에도, 저부(42B)에 충전된 땜납(86)이 전기 접속용 관통구(42) 내의 금속 배선(90)을 접속하고 있기 때문에, 땜납(86)에 의한 도통 확보가 가능해진다.
또한, 땜납(86)의 충전량은 천판(41)의 상면(엄밀하게는, 금속 배선(90)의 상면)보다도 상방에 위치하지 않도록 미리 소정량으로 결정되고, 용융된 땜납(86)이 유출되지 않기 때문에, 전기 접속용 관통구(42)의 근방 부분을 땜납(86)이 부주의하게 단락(短絡)시키게 될 우려도 없다. 또한, 전기 접속용 관통구(42)에 충전되는 것은 땜납(86)에 한정되지 않아, 용융 금속, 금속 페이스트, 도전성 접착제 등이어도 상관없다. 이들 재료에 요구되는 저항률은 소자에 요구되는 특성에 따라 상이하게 되기 때문에, 비용이나 내열 온도 등 공정과의 매칭(matching)을 고려하여 적절히 선택하는 것이 좋다.
다음으로, 도 11e에 나타낸 바와 같이, 금속 배선(90)이 형성된 면에 수지 보호막(92)(예를 들어 FUJI FILM Arch Co., Ltd. 제조의 감광성 폴리이미드 Durimide 7320)을 적층하여 패터닝한다. 또한, 이 때, 제 1 잉크 공급로(114A)를 수지 보호막(92)이 덮지 않도록 한다. 또한, 이 수지 보호막(92)으로서는, 폴리이미드계, 폴리아미드계, 에폭시계, 폴리우레탄계, 실리콘계 등 내잉크성을 갖고 있는 것이 좋다.
이어서, 도 11f에 나타낸 바와 같이, 수지 보호막(92)의 상면 및 잉크 공급로(114) 내에 내(耐)HF 보호용 레지스트(88)를 도포한다. 그리고, 도 11g에 나타낸 바와 같이, 실리콘 기판(72)에 충전한(매립한) 유리 페이스트(76)를 HF를 함유하는 용해액에 의해 선택적으로 에칭 제거한다. 이 때, SiOx막(82)으로 이루어지는 진동판(48)은 Ge막(78)에 의해 HF 용액으로부터 보호되기 때문에, 에칭되지는 않는다.
즉, 이 Ge막(78)은, 상기한 바와 같이, 유리 페이스트(76)를 HF 용액에 의해 에칭 제거할 때에, SiOx막(82)으로 이루어지는 진동판(48)이 함께 에칭 제거되는 것을 방지하는 에칭 스토퍼층으로서 기능한다. 그 후, 도 11h에 나타낸 바와 같이, Ge막(78)의 용해액 예를 들어 60℃로 가열한 과산화수소(H2O2)를 압력실(115) 측으로부터 공급하여 Ge막(78)의 일부를 에칭하여 제거한다. 이 단계에서 압력실(115) 및 연통로(50)가 완성된다. 이렇게 하여, Ge막(78)을 에칭 제거하면, 도 11i에 나타낸 바와 같이, 내HF 보호용 레지스트(88)를 아세톤에 의해 제거한다. 또한, 압력실(115) 및 연통로(50)를 형성한 부위 이외에서는 Ge막(78)이 남은 채로 되지만, 특별히 문제는 없다.
그리고, 다음으로, 도 12a에 나타낸 바와 같이, 적어도 잉크(110)가 직접 접촉하는 내벽면, 즉, 수지 보호막(92), 잉크 공급용 관통구(112), 격벽 수지층(119), 압력실(115), 연통로(50)의 내벽면에 플라스마 CVD법에 의해 SiC막(96)(막 두께 1㎛)을 그들의 접합 부분(경계 부분)을 포함하도록 하여 일체적으로 성막한 다. 이것에 의해, 그들의 내잉크성이 향상된다. 또한, 수지 보호막(92)의 상면에 있어서, 저장실 부재(39)가 장착되는 부위보다도 외측에는 SiC막(96)을 성막하지 않아도 된다. 또한, 제조 시의 원료 가스에 질소(N2)가 함유되어 있을 경우, 실제로는 SiC막(96) 내에 0%∼30%의 질소(N2)가 함유되는 경우가 있다. 내잉크성 막으로서, 질소(N2)의 함유율은 10% 이하가 바람직하다.
이어서, 실리콘 기판(72)의 하면에 노즐 플레이트(74)를 점착한다. 즉, 도 12b에 나타낸 바와 같이, 노즐(56)로 되는 개구(68A)가 형성된 노즐 필름(68)을 실리콘 기판(72)의 하면에 점착한다. 그 후, 도 12c에 나타낸 바와 같이, 금속 배선(90)에 구동 IC(60)를 플립칩 실장한다. 이 때, 구동 IC(60)는 미리 반도체 웨이퍼 프로세스의 끝에 실시되는 그라인드(grind) 공정에서 소정의 두께(70㎛∼300㎛)로 가공되어 있다. 그리고, 구동 IC(60)의 주위를 수지재(58)로 밀봉하여, 구동 IC(60)를 수분 등의 외부 환경으로부터 보호할 수 있게 한다.
이것에 의해, 나중의 공정에서의 손상 예를 들어 완성된 압전 소자 기판(70)을 다이싱(dicing)에 의해 잉크젯 기록 헤드(32)로 분할할 때의 물이나 연삭편(硏削片)에 의한 손상을 회피할 수 있다. 그리고, 도 12d에 나타낸 바와 같이, 금속 배선(90)에 플렉시블 프린트 기판(FPC)(200)을 접속한다.
다음으로, 도 12e에 나타낸 바와 같이, 구동 IC(60)보다도 내측의 천판 부재(40)(천판(41)) 상면에 저장실 부재(39)를 장착하여 이들 사이에 잉크 저장실(38)을 구성한다. 이것에 의해, 잉크젯 기록 헤드(32)가 완성되고, 도 12f에 나타낸 바와 같이, 잉크 저장실(38)이나 압력실(115) 내에 잉크(110)를 충전할 수 있게 된다.
다음으로, 이상과 같이 하여 제조되는 잉크젯 기록 헤드(32)를 구비한 잉크젯 기록 장치(10)의 작용에 대해서 설명한다. 우선, 잉크젯 기록 장치(10)에 인쇄를 지령하는 전기 신호가 보내지면, 스토커(24)로부터 기록 용지(P)가 1매 픽업되어 반송 장치(26)에 의해 반송된다.
한편, 잉크젯 기록 유닛(30)에서는 이미 잉크 탱크로부터 잉크 공급 포트를 통하여 잉크젯 기록 헤드(32)의 잉크 저장실(38)에 잉크(110)가 주입(충전)되고, 잉크 저장실(38)에 충전된 잉크(110)는 잉크 공급로(114)를 거쳐 압력실(115)에 공급(충전)된다. 그리고, 이 때, 노즐(56)의 선단(先端)(토출구)에서는 잉크(110)의 표면이 압력실(115) 측으로 약간 우묵해진 메니스커스가 형성되어 있다.
그리고, 기록 용지(P)를 반송하면서, 복수의 노즐(56)로부터 선택적으로 잉크방울을 토출함으로써, 기록 용지(P)에 화상 데이터에 의거한 화상의 일부를 기록한다. 즉, 구동 IC(60)에 의해, 소정의 타이밍에서 소정의 압전 소자(46)에 전압을 인가하고, 진동판(48)을 상하 방향으로 휨 변형시켜(면외 진동시켜) 압력실(115) 내의 잉크(110)를 가압하고, 소정의 노즐(56)로부터 잉크방울로서 토출시킨다. 이렇게 하여, 기록 용지(P)에 화상 데이터에 의거한 화상이 완전히 기록되면, 배지 벨트(23)에 의해 기록 용지(P)를 트레이(25)에 배출한다. 이것에 의해, 기록 용지(P)로의 인쇄 처리(화상 기록)가 완료된다.
이 잉크젯 기록 헤드(32)는 잉크 저장실(38)과 압력실(115) 사이에 진동판 (48)(압전 소자(46))이 배치되고, 잉크 저장실(38)과 압력실(115)이 동일 수평면 상에 존재하지 않도록 구성되어 있다. 따라서, 압력실(115)이 서로 근접 배치되고, 노즐(56)이 고밀도로 배열 설치되어 있다.
또한, 압전 소자(46)에 전압을 인가하는 구동 IC(60)는 압전 소자 기판(70)보다도 외방 측으로 돌출되지 않는 구성으로 되어 있다(잉크젯 기록 헤드(32) 내에 내장되어 있다). 따라서, 잉크젯 기록 헤드(32)의 외부에 구동 IC(60)를 실장하는 경우와 비교하여 압전 소자(46)와 구동 IC(60) 사이를 접속하는 금속 배선(90)의 길이가 짧아지고, 이것에 의해, 구동 IC(60)로부터 압전 소자(46)까지의 저저항화가 실현된다.
즉, 실용적인 배선 저항값에 의해 노즐(56)의 고밀도화, 즉, 노즐(56)의 고밀도 매트릭스 형상 배열 설치가 실현되고, 이것에 의해, 고해상도화를 실현할 수 있게 되어 있다. 또한, 구동 IC(60)는 천판(41) 위에 플립칩 실장되어 있기 때문에, 고밀도의 배선 접속을 용이하게 행할 수 있고, 더 나아가서는, 구동 IC(60)의 높이 저감도 도모된다(얇게 할 수 있다). 따라서, 잉크젯 기록 헤드(32)의 소형화도 실현된다.
또한, 천판(41)의 금속 배선(90)이 수지 보호막(92)에 의해 피복되어 있기 때문에, 잉크(110)에 의한 금속 배선(90)의 부식을 방지할 수 있다. 또한, 구동 IC(60)와 상부 전극(54)은 천판(41)에 형성된 전기 접속용 관통구(42) 내의 금속 배선(90)에 의해 접속되지만, 또한 전기 접속용 관통구(42) 내는 땜납(86)이 충전되어 있어 저부(42B)(도 11b 참조)가 보강된다.
따라서, 저부(42B)에 열 응력이나 기계적 응력이 작용한 경우에도 금속 배선(90)과 상부 전극(54)의 접촉 상태를 확실하게 유지할 수 있다. 또한, 금속 배선(90)이 단선된 경우일지라도, 땜납(86)에 의해 도통 상태를 확보할 수 있다. 또한, 천판(41)의 이면(裏面)(하면)에 배선이나 범프를 형성하지 않고 천판 부재(40)에 압전 소자 기판(70)을 전기적으로 접속하고 있다. 즉, 천판(41)에 대하여 편면(片面)(상면)에만 가공을 실시하면 되기 때문에, 제조가 용이해진다.
또한, 예를 들어 범프 등에 의해 금속 배선(90)과 상부 전극(54)을 전기적으로 접속할 경우에는, 범프의 높이에 큰 편차가 있으면 접합이 곤란해지는 경우가 있지만, 본 실시예에서는 땜납(86)의 양에 편차가 있어도 과분한 땜납(86)은 전기 접속용 관통구(42) 내에 수용되어 있기 때문에, 천판 부재(40)와 압전 소자 기판(70)을 적합하게 접합할 수 있다. 즉, 땜납(86) 양의 편차는 땜납(86)을 전기 접속용 관통구(42) 내에 수용함으로써 허용할 수 있기 때문에, 이 점에서도 제조가 용이하게 되어 있다.
또한, 금속 배선(90)과 상부 전극(54)의 접속 부분에서는, 실질적으로 금속 배선(90)과 상부 전극(54)과 땜납(86)만이 존재하고 있으며, 이들은 고온 내성이 있다. 따라서, 가공 방법이나 재료 선택의 자유도가 향상된다. 또한, 실리콘 기판(72)이 압전 소자 기판(70)의 지지체로 되어 형성되기(압전 소자 기판(70)을 실리콘 기판(72)에 의해 지지한 상태로 제조할 수 있기) 때문에, 잉크젯 기록 헤드(32)를 제조하기 쉽다.
또한, 유리 페이스트(76)는 스크린 인쇄법에 의해 매립하기 때문에, 깊은 관 통 개구부(72A)나 홈부(72B)에서도 확실하게 매립할 수 있다. 또한, 유리 페이스트(76)를 에칭하는 HF 용액을 진동판(48)으로 되는 재료를 에칭하지 않는 재료로 한 경우에는, Ge막(78)과 같은 에칭 스토퍼층은 불필요해진다.
또한, 적어도 잉크(110)가 직접 접촉하는 수지 보호막(92), 잉크 공급용 관통구(112), 격벽 수지층(119), 압력실(115), 연통로(50)의 내벽면에는 SiC막(96)이 그들의 접합 부분(경계 부분)을 포함하도록 하여 일체적으로(연속적으로) 성막되어 있기 때문에, 그들의 내잉크성을 향상시킬 수 있다. 즉, 잉크 유로로 되는 이들 내벽면을 내잉크성이 있는 SiC막(96)에 의해 코팅함으로써, 잉크 유로를 구성하는 각 부재나 그들의 접합 부분의 접착제 등을 잉크(110)로부터 보호할 수 있고, 잉크젯 기록 헤드(32)의 내잉크성에 관한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, SiC막(96)은 높은 친수성을 갖고 있기 때문에, 잉크 유로 내에서의 기포 배출성을 향상시킬 수 있다. 도 14a에 SiC막(막 두께 1㎛)과 잉크젯 기록 헤드(32)에 사용되는 다른 부재의 접촉각을 비교한 표를 나타낸다. 평가 기준으로서, 순수(純水)에서 100° 이상을 발수(撥水)의 표준으로 했다. 또한, 도 14b에 SiC막(막 두께 1㎛)을 접액(接液)한 후(70℃에서 300시간 경과한 후)의 순수에 의한 접촉각 변화량을 비교한 표를 나타낸다. 잉크(110)는 수성(水性) 재료 중에서 산성액·염기성액, 유성 재료 중에서 UV 모노머를 선택했다. 또한, 측정 환경은 실온 24℃, 습도 60%이다. 일반적으로, 접촉각이 낮을수록 습윤성이 양호하고, 친수성이 높아지게 된다.
도 14a에 나타낸 바와 같이, 각 부재는 각각 상이한 접촉각을 갖고 있다. 예를 들어 감광성 유리는 접촉각이 비교적 높기(습윤성이 양호하지 않기) 때문에, 이 감광성 유리를 구성요소로 한 잉크젯 기록 헤드(32)에서는 기포의 발생·잔류가 우려된다. 이것에 대하여, SiC막(96)은 다른 부재에 비하여 접촉각이 낮기 때문에, SiC막(96)에 의해 잉크 유로 내를 코팅함으로써, 유로 내에서의 잉크(110)의 습윤성을 균일하게 할 수 있다. 또한, SiC막(96)은 높은 친수성(습윤성)을 나타내기 때문에, 기포의 발생·잔류를 방지할 수 있다. 또한, 도 14b에 나타낸 바와 같이, SiC막(96)은 각 잉크에 대하여 접액 시험의 전후에서 대략 동일한 접촉각을 나타내고 있기 때문에, 수성 잉크·유성 잉크 중 어느쪽에 대해서도 높은 내잉크성을 가짐을 알 수 있다.
또한, 도 15에 나타낸 바와 같이, SiC막(96)을 성막하기 전에 폴리이미드 등으로 이루어지는 유기 박막(94)을 하지(下地)로서 형성(도포)할 수도 있다. 즉, 적어도 잉크(110)가 직접 접촉하는 수지 보호막(92), 잉크 공급용 관통구(112), 격벽 수지층(119), 압력실(115), 연통로(50)의 내벽면 및 그들의 접합 부분(경계 부분)을 포함하도록 하여 일체적으로(연속적으로) 유기 박막(94)을 설치할 수도 있다.
다수의 상이한 부재에 의해 각 기구가 형성되고, 각 기구의 층이 연결되어 구성되어 있는 잉크젯 기록 헤드(32)는 각 구성 부재의 열팽창 계수 차이 등 많은 변동(응력) 요인을 갖는다. 각 기구에 대하여 경도가 높은 SiC막(96)을 직접 성막하면, 그 응력에 의해 SiC막(96)에 크랙 등의 파손이 생길 가능성이 있다. 그러나, 유연성이 높은 유기 박막(94) 위에 SiC막(96)을 형성함으로써, 시간 경과적인 SiC막(96)의 박리(열화)를 방지할 수 있다. 즉, 이것에 의해, SiC막(96)의 착막 강도를 향상시킬 수 있기 때문에, 잉크젯 기록 헤드(32)의 내잉크성에 대한 신뢰성을 더 향상시킬 수 있다.
다음으로, 제 2 실시예의 잉크젯 기록 헤드(32)에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 있어서, 제 1 실시예의 잉크젯 기록 헤드(32)와 동일한 구성요소, 부재 등은 동일한 부호를 첨부하여, 그 상세한 설명(작용을 포함)을 생략한다. 또한, 이 제 2 실시예의 잉크젯 기록 헤드(32)에서는, 제 1 실시예의 잉크젯 기록 헤드(32)와 상이한 제조 방법(제조 공정)에 대해서만 도 16 내지 도 21에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 16에 나타낸 바와 같이, 이 잉크젯 기록 헤드(32)의 제조 방법은 압전 소자 기판(70)과 유로 기판(71)을 각각 별도로 제조하고, 양자를 결합(접합)함으로써 제조된다. 그래서, 우선, 압전 소자 기판(70)의 제조 공정에 대해서 설명하지만, 압전 소자 기판(70)에는 유로 기판(71)보다도 앞서 천판 부재(40)가 결합(접합)된다.
도 17a에 나타낸 바와 같이, 우선, 비(非)관통 구멍(99B)이 복수 설치된 유리제의 제 1 지지 기판(99)을 준비한다. 제 1 지지 기판(99)은 유리제에 한정되지 않아, 예를 들어 각종 세라믹일 수도 있지만, 유리는 단단하며 저렴하기 때문에 바람직하다. 이 제 1 지지 기판(99)의 제조 방법으로서는, 유리 기판의 블라스팅 가공 및 펨토세컨 레이저(femtosecond laser) 가공이나, 감광성 유리 기판(예를 들어 HOYA Corporation 제조의 PEG3C)을 노광·현상하는 등이 알려져 있다.
그리고, 도 17b에 나타낸 바와 같이, 제 1 지지 기판(99)의 상면(표면)에 스퍼터링법에 의해 Si막(98)(막 두께 1㎛)을 착막한다. 이 Si막(98)은 접착층 및 계면(界面) 박리층으로서 기능한다. 또한, Si막(98)은 증착이나 CVD법에 의해서도 성막할 수 있다.
다음으로, 도 17c에 나타낸 바와 같이, 그 Si막(98)의 상면에 진동판(48)으로 되는 박막 예를 들어 온도 350℃, RF power 300W, 주파수 450㎑, 압력 1.5torr, 가스 SiH4/N2O=150/4000sccm의 플라스마 CVD법에 의해 SiOx막(82)(막 두께 4㎛)을 성막한다. 또한, 이 경우의 진동판(48)의 재료로서는, SiNx막, SiC막, 금속(Cr)막 등일 수도 있다.
그 후, 도 17d에 나타낸 바와 같이, 제 1 지지 기판(99)의 하면 측을 에칭하여 비관통 구멍(99B)을 관통시켜 관통 구멍(99A)으로 한다. 구체적으로는, SiOx막(82)의 상면에 보호용 레지스트(보호막)를 도포하여 SiOx막(82)을 보호한 상태에서 제 1 지지 기판(99)의 하면 측을 불화수소(HF)에 의해 에칭하고, 그 후, 보호용 레지스트를 박리한다. 또한, 진동판(48)에 에칭제(HF)에 의해 에칭되지 않는 재료를 사용한 경우에는, 보호용 레지스트(보호막)는 불필요하다.
그리고, 다음으로, 도 17e에 나타낸 바와 같이, SiOx막(82)에 잉크 공급로(114) 형성용 구멍부(82A)를 패터닝한다. 구체적으로는, 포토리소그래피법에 의한 레지스트 형성, 패터닝(HF 에칭), 산소 플라스마에 의한 레지스트 박리이다. 그리고, 도 17f에 나타낸 바와 같이, 스퍼터링법에 의해 예를 들어 두께 0.5㎛ 정도의 Au막(62), 즉, 하부 전극(52)을 성막한다.
이어서, 도 17g에 나타낸 바와 같이, 진동판(48)의 상면에 적층된 하부 전극(52)을 패터닝한다. 구체적으로는, 포토리소그래피법에 의한 레지스트 형성, 패터닝, RIE법에 의한 에칭, 산소 플라스마에 의한 레지스트 박리이다. 이 하부 전극(52)이 접지 전위로 된다.
또한, 도 17h에 나타낸 바와 같이, 하부 전극(52)의 상면에 압전 소자(46)의 재료인 PZT막과 상부 전극(54)(Au막)을 차례로 스퍼터링법에 의해 적층하고, 도 17i에 나타낸 바와 같이, 압전 소자(46)(PZT막) 및 상부 전극(54)(Au막)을 패터닝한다.
구체적으로는, PZT막 스퍼터링(막 두께 5㎛), Au막 스퍼터링(막 두께 0.5㎛), 포토리소그래피법에 의한 레지스트 형성, 패터닝(에칭), 산소 플라스마에 의한 레지스트 박리이다. 하부 및 상부의 전극 재료로서는, 압전 소자(46)인 PZT 재료와의 친화성이 높고, 내열성이 있는 예를 들어 Au, Ir, Ru, Pt 등을 들 수 있다.
그 후, 도 17j에 나타낸 바와 같이, 상면에 노출되어 있는 하부 전극(52)과 상부 전극(54)의 상면에 저투수성 절연막(SiOx막)(80)을 적층한다. 그리고, 패터닝에 의해, 상부 전극(54)과 금속 배선(90)을 접속하기 위한 개구(84)(컨택트 홀)를 형성한다. 구체적으로는, CVD법에 의해 댕글링 본드(dangling-bond) 밀도가 높은 저투수성 절연막(SiOx막)(80)을 착막하는 포토리소그래피법에 의한 레지스트 형성, 패터닝(에칭), 산소 플라스마에 의한 레지스트 박리이다. 또한, 여기서는 저투수성 절연막으로서 SiOx막을 사용했지만, SiNx막, SiOxNy막 등일 수도 있다.
이어서, 도 17k에 나타낸 바와 같이, 격벽 수지층(119) 및 격벽 수지층(118)을 패터닝한다. 구체적으로는, 격벽 수지층(119), 격벽 수지층(118)을 구성하는 감광성 수지를 도포하고, 노광·현상함으로써 패턴을 형성하며, 마지막으로 경화시킨다. 이 때, 격벽 수지층(119)에 잉크 공급용 관통구(44)를 형성하여 둔다. 또한, 격벽 수지층(119)과 격벽 수지층(118)은 동일한 막이지만, 설계 패턴이 상이하다.
이렇게 하여, 압전 소자 기판(70)이 제조되고, 이 압전 소자 기판(70)의 상면에 예를 들어 유리판을 지지체로 하는 천판 부재(40)가 결합(접합)된다. 천판 부재(40)의 제조에서는 제 1 실시예와 동일하다(도 10 참조). 이 천판(41)(천판 부재(40))을, 도 18a에 나타낸 바와 같이, 압전 소자 기판(70)에 의해 덮어 양자를 열압착(예를 들어 350℃, 2㎏/㎠에서 20분간)에 의해 결합(접합)한다. 이 때, 격벽 수지층(119)과 격벽 수지층(118)은 일면(동일 높이)으로 되도록 구성되어 있기 때문에, 천판(41)과의 접촉성이 높아지고, 높은 밀봉성으로 접합할 수 있다.
그리고, 도 18b에 나타낸 바와 같이, 천판(41)의 상면에 금속 배선(90)을 성막하여 패터닝한다. 구체적으로는, 스퍼터링법에 의한 Al막(막 두께 1㎛)의 착막, 포토리소그래피법에 의한 레지스트의 형성, H3PO4 약액을 사용한 Al막의 습식 에칭, 산소 플라스마에 의한 레지스트 박리이다.
또한, 이 때, 금속 배선(90)의 일부가 전기 접속용 관통구(42)의 내면으로부터 상부 전극(54)에 도달하도록 패터닝하여 둔다. 이것에 의해, 전기 접속용 관통 구(42)의 저부(42B)가 금속 배선(90)에 의해 폐색되고, 전기 접속용 관통구(42)는 상방으로만 개방된 이외는 폐쇄된 공간으로 된다. 그리고, 이 전기 접속용 관통구(42) 내(상기 공간 내)에, 도 18c에 나타낸 바와 같이, 땜납(86)을 탑재한다. 이 방법으로서는, 땜납 볼(86B)을 전기 접속용 관통구(42) 내에 직접 탑재하는 땜납 볼법 등을 이용할 수 있다.
다음으로, 도 18d에 나타낸 바와 같이, 땜납(86)을 리플로(예를 들어 280℃에서 10분간)하고, 전기 접속용 관통구(42)의 저부(42B)까지 확산시킨다. 이 때, 전기 접속용 관통구(42)의 저부(42B)에는 용융된 땜납(86)이 유출되는 경로가 없기 때문에, 고온의 환경 하에서 땜납(86)을 충분히 용융시켜 전기 접속용 관통구(42)의 저부(42B)까지 확실하게 충전할 수 있다.
다음으로, 도 18e에 나타낸 바와 같이, 금속 배선(90)이 형성된 면에 수지 보호막(92)(예를 들어 FUJI FILM Arch Co., Ltd. 제조의 감광성 폴리이미드 Durimide 7320)을 적층하여 패터닝한다. 또한, 이 때, 제 1 잉크 공급로(114A)를 수지 보호막(92)이 덮지 않도록 한다. 또한, 이 수지 보호막(92)으로서는, 폴리이미드계, 폴리아미드계, 에폭시계, 폴리우레탄계, 실리콘계 등 내잉크성을 갖고 있는 것이 좋다.
또한, 도 18f에 나타낸 바와 같이, 금속 배선(90)에 구동 IC(60)를 플립칩 실장한다. 이 때, 구동 IC(60)는 미리 반도체 웨이퍼 프로세스의 끝에 실시되는 그라인드 공정에서 소정의 두께(70㎛∼300㎛)로 가공되어 있다. 그리고, 구동 IC(60)의 주위를 수지재(58)로 밀봉하여, 구동 IC(60)를 수분 등의 외부 환경으로 부터 보호할 수 있게 한다.
이것에 의해, 나중의 공정에서의 손상 예를 들어 완성된 압전 소자 기판(70)을 다이싱에 의해 잉크젯 기록 헤드(32)로 분할할 때의 물이나 연삭편에 의한 손상을 회피할 수 있다. 그리고, 도 18g에 나타낸 바와 같이, 진공 중에서 Si막(98)을 불화크세논(XeF2) 가스에 의해 건식 에칭하여 제거하고, 제 1 지지 기판(99)을 압전 소자 기판(70)으로부터 박리 처리한다.
또한, 플라스마 CVD법에 의해, 적어도 잉크(110)가 직접 접촉하는 수지 보호막(92), 잉크 공급용 관통구(112), 격벽 수지층(119)의 내벽면 및 그들의 접합 부분(경계 부분)을 포함하도록 하여 일체적으로 SiC막(96)(막 두께 1㎛)을 성막한다. 즉, 도 18h에 나타낸 압전 소자 기판(70)을 도 21에 나타낸 바와 같은 장치(122)의 하부 전극(124)에 탑재 배치하고, 상부 전극(126)과의 사이의 방전에 의해, 압전 소자 기판(70) 중 적어도 잉크(110)가 직접 접촉하는 벽면에 SiC막(96)을 연속적으로 성막한다.
또한, SiC막(96)을 성막하기 전에 유기 박막(94)을 증착 중합법 등에 의해 형성하고, 그 후, SiC막(96)을 성막하게 할 수도 있는 것은 제 1 실시예와 동일하다. 증착 중합법은 우수한 단차 피막성을 갖기 때문에, 좁은 영역을 갖는 본 실시예와 같은 소자에는 적합하다. 어쨌든, SiC막(96)이 성막됨으로써, 도 18i에 나타낸 바와 같이, 천판 부재(40)가 결합(접합)된 압전 소자 기판(70)이 완성된다. 그리고, 이 상태에서 천판 부재(40)의 천판(41)이 압전 소자 기판(70)의 지지체로 된 다.
다음으로, 유로 기판(71)의 제조 공정에 대해서 설명한다. 우선, 도 19a에 나타낸 바와 같이, 관통 구멍(100A)이 복수 설치된 유리제의 제 2 지지 기판(100)을 준비한다. 제 2 지지 기판(100)도 유리제에 한정되지는 않지만(예를 들어 각종 세라믹일 수도 있음), 유리는 단단하며 저렴하기 때문에 바람직하다. 이 제 2 지지 기판(100)의 제조 방법으로서는, 유리 기판의 블라스팅 가공 및 펨토세컨 레이저 가공이나, 감광성 유리 기판(예를 들어 HOYA Corporation 제조의 PEG3C)을 노광·현상하는 등이 알려져 있다.
그리고, 도 19b에 나타낸 바와 같이, 그 제 2 지지 기판(100)의 상면(표면)에 접착제(104)를 도포하고, 도 19c에 나타낸 바와 같이, 그 상면(표면)에 수지 기판(102)(예를 들어 두께 0.1㎜∼0.5㎜의 아미드이미드 기판)을 접착한다. 다음으로, 도 19d에 나타낸 바와 같이, 그 수지 기판(102)의 상면을 금형(106)에 꽉 누르고, 가열·가압 처리한다. 그 후, 도 19e에 나타낸 바와 같이, 금형(106)을 수지 기판(102)으로부터 이형(離型) 처리한다.
그리고, 압전 소자 기판(70)과 동일하게, 유로 기판(71)을 도 21에 나타낸 바와 같은 장치(122)의 하부 전극(124)에 탑재 배치하고, 상부 전극(126)과의 사이의 방전에 의해, 유로 기판(71) 중 적어도 잉크(110)가 직접 접촉하는 압력실(115), 연통로(50)의 내벽면에 SiC막(96)(막 두께 1㎛)을 일체적으로 성막한다. 또한, 이 경우도 SiC막(96)을 성막하기 전에 유기 박막(94)을 증착 중합법 등에 의해 형성하고, 그 후, SiC막(96)을 성막하도록 할 수도 있다. 이렇게 하여, 도 19f 에 나타낸 바와 같이, 압력실(115)이나 노즐(56) 등이 형성된 유로 기판(71)이 완성된다.
유로 기판(71)이 완성되면, 도 20a에 나타낸 바와 같이, 압전 소자 기판(70)과 유로 기판(71)을 열압착에 의해 접합한다. 접합 시에는, 압전 소자 기판(70)을 예를 들어 상방의 유지 부재(도시 생략)와 하방의 유로 기판(71) 사이에 끼우도록 하여 접합한다. 땜납(86)이 천판(41)의 상면보다도 상방에 위치하지 않도록 조정되어 있고, 전기 접속용 관통구(42)로부터 돌출되지 않기 때문에, 접합 부분 등에 부주의한 힘이 작용하거나, 접합에 불량이 생기지는 않는다.
다음으로, 도 20b에 나타낸 바와 같이, 제 2 지지 기판(100)의 관통 구멍(100A)으로부터 유기 에탄올아민(접착제 박리 용액)을 주입시켜 접착제(104)를 선택적으로 용해시킴으로써, 그 제 2 지지 기판(100)을 유로 기판(71)으로부터 박리 처리한다. 그 후, 도 20c에 나타낸 바와 같이, 제 2 지지 기판(100)이 박리된 면을 알루미나를 주성분으로 하는 연마재를 사용한 연마 처리 또는 산소 플라스마를 사용한 RIE 처리함으로써, 표면층이 제거되고, 노즐(56)이 개구된다. 그리고, 도 20d에 나타낸 바와 같이, 그 노즐(56)이 개구된 하면에 발수제로서의 불소재(108)(예를 들어 Asahi Glass Co., Ltd. 제조의 Cytop)를 도포한다.
또한, 그 후의 공정은 제 1 실시예와 동일하다. 즉, 천판 부재(40)(천판(41))의 상면에 저장실 부재(39)를 장착하여 이들 사이에 잉크 저장실(38)을 구성함으로써 잉크젯 기록 헤드(32)가 완성되고, 잉크 저장실(38)이나 압력실(115) 내에 잉크(110)를 충전할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 잉크젯 기록 헤드(32)를 대략 조립한 후에, 높은 내잉크성 기능을 갖는 SiC막(96)에 의해, 잉크 유로를 구성하는 각 부재의 내벽면을 각 부재의 접합 부분(접착제 등)을 포함하여 코팅한다. 이것에 의해, 종류가 상이한 부재를 다수 적층하여 잉크젯 기록 헤드(32)를 구성하여도, 또한 각각의 부재의 접합 방법이 상이하여도 그들을 잉크(110)로부터 보호할 수 있다. 또한, 그 SiC막(96)은 높은 친수성 기능도 갖고 있기 때문에, 잉크 유로 내에서의 기포 배출성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제조 시의 원료 가스에 질소가 함유되어 있을 경우, 실제로는 SiC막 내에 0%∼30%의 질소가 함유되는 경우가 있다. 내액성 막으로서, 질소의 함유율은 바람직하게는 10% 이하이다.
또한, 종류가 상이한 부재로 이루어지는 다수의 기구를 적층하여 구성되어 있는 잉크젯 기록 헤드(32)의 경우, 각 구성 부재의 열팽창 계수 차이 등 많은 변동(응력) 요인을 갖는다. 이러한 잉크젯 기록 헤드(32)에 대하여 경도가 높은 SiC막(96)을 직접 성막하면, 그 응력에 의해 크랙 등의 파손이 생길 가능성이 있다. 그러나, 그 SiC막(96)을 성막하기 전에 유연성이 높은 유기 박막(94)을 설치하면, 시간 경과적인 SiC막(96)의 박리(열화)를 방지할 수 있다. 따라서, 잉크 유로를 구성하는 각 부재의 내벽면 및 각 부재의 접합 부분(접착제 등)을 잉크(110)로부터 시간 경과적으로 보호할 수 있다. 이상에 의해, 잉크젯 기록 헤드(32) 내의 각 부재의 내잉크성을 향상시킬 수 있고, 잉크젯 기록 헤드(32)의 내잉크성에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액적 토출 헤드로서, 황색(Y), 자홍색(M), 청록색(C), 흑색(K)의 각색 잉크방울을 토출하는 잉크젯 기록 헤드(32)를 예시하고, 액적 토출 장치로서도, 잉크젯 기록 헤드(32)를 구비한 잉크젯 기록 장치(10)를 예시했지만, 본 발명에 따른 액적 토출 헤드 및 액적 토출 장치가 기록 용지(P) 상으로의 화상(문자를 포함)의 기록에 한정되지는 않는다.
즉, 기록 매체는 기록 용지(P)에 한정되지 않고, 또한 토출하는 액체도 잉크(110)에 한정되지는 않는다.
예를 들어 고분자 필름이나 유리 위에 잉크를 토출하여 디스플레이용 컬러 필터를 제조하거나, 용접 상태의 땜납을 기판 위에 토출하여 부품 실장용 범프를 형성하는 등 공업적으로 사용되는 액적 분사 장치 전반에 대하여 본 발명에 따른 잉크젯 기록 헤드(32)를 적용할 수 있다. 또한, 상기 실시예의 잉크젯 기록 장치(10)에서는 FWA를 예로 들었지만, 주주사 기구와 부주사 기구를 갖는 Partial Width Array(PWA)에 본 발명을 적용할 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 액체의 유로를 구성하는 각 기구 등을 액체로부터 보호할 수 있고, 내(耐)액성에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 액적 토출 헤드, 그 제조 방법, 그리고, 그 액적 토출 헤드를 구비한 액적 토출 장치를 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 액체가 유로(流路)를 통하여 충전되는 압력실과,
    상기 압력실과 연통(連通)하고, 상기 액체를 액적으로서 토출하는 노즐을 갖는 액적 토출 헤드로서,
    상기 액체와 접촉하는 상기 액적 토출 헤드의 벽면이 탄화실리콘막으로 코팅되어 있는 액적 토출 헤드.
  2. 액체가 유로를 통하여 충전되는 압력실과,
    상기 압력실과 연통하고, 상기 액체를 액적으로서 토출하는 노즐을 갖는 액적 토출 헤드로서,
    적어도 상기 액체와 접촉하는 상기 액적 토출 헤드의 벽면이 탄화실리콘막으로 코팅되어 있는 액적 토출 헤드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력실의 일부를 구성하는 진동판과,
    상기 진동판을 변위시키는 압전 소자를 더 갖고,
    상기 액체와 접촉하는 상기 액적 토출 헤드의 벽면이 탄화실리콘막으로 코팅되어 있는 액적 토출 헤드.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벽면과 상기 탄화실리콘막 사이에 유기 박막이 설치되어 있는 액적 토출 헤드.
  5. 액체가 유로를 통하여 충전되는 압력실과,
    상기 압력실과 연통하고, 상기 액체를 액적으로서 토출하는 노즐을 갖는 액적 토출 헤드의 제조 방법으로서,
    상기 액체와 접촉하는 상기 액적 토출 헤드의 벽면에 탄화실리콘막을 화학적 기상 성장법에 의해 코팅하는 액적 토출 헤드의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 액적 토출 헤드는,
    유로 기판과,
    압전 소자 기판과,
    지지 기판을 더 가지며,
    상기 유로 기판에는 상기 압력실과 상기 노즐이 형성되고,
    상기 압전 소자 기판은 진동판과 압전 소자를 구비하며, 상기 진동판은 상기 압력실의 일부를 구성하고, 상기 압전 소자는 상기 진동판을 변위시키며,
    상기 지지 기판에는 상기 유로의 일부가 형성되고,
    상기 압력실이 형성된 상기 유로 기판, 상기 압전 소자 기판, 및 상기 지지 기판을 형성한 후에, 상기 액체와 접촉하는 상기 액적 토출 헤드의 벽면에 탄화실리콘막을 화학적 기상 성장법에 의해 코팅하는 액적 토출 헤드의 제조 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 탄화실리콘막을 화학적 기상 성장법에 의해 코팅하기 전에, 상기 액적 토출 헤드의 벽면에 유기 박막을 설치하는 액적 토출 헤드의 제조 방법.
  8. 액체가 유로를 통하여 충전되는 압력실과,
    상기 압력실과 연통하고, 상기 액체를 액적으로서 토출하는 노즐과,
    상기 압력실의 일부를 구성하는 진동판과,
    상기 진동판을 변위시키는 압전 소자를 갖는 액적 토출 헤드의 제조 방법으로서,
    상기 진동판과 상기 압전 소자를 구비한 압전 소자 기판에 상기 압력실과 상기 노즐이 형성된 유로 기판을 접합하기 전에, 상기 압전 소자 기판 및 상기 유로 기판에 탄화실리콘막을 화학적 기상 성장법에 의해 코팅하는 액적 토출 헤드의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 탄화실리콘막을 화학적 기상 성장법에 의해 코팅하기 전에, 상기 압전 소자 기판 및 상기 유로 기판에 유기 박막을 설치하는 액적 토출 헤드의 제조 방 법.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 액적 토출 헤드를 구비하는 액적 토출 장치.
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