TWI593561B - 微機電系統裝置、噴頭及液體噴射裝置 - Google Patents

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Description

微機電系統裝置、噴頭及液體噴射裝置
本發明係關於一種微機電系統裝置、具有微機電系統裝置之噴頭及具備噴頭之液體噴射裝置。
微機電系統(Micro Electro Mechanical Systems)裝置之一例即噴墨式記錄噴頭包含：流道形成基板，其形成有連通於噴射液滴之噴嘴之壓力產生室；壓電元件，其設置於流道形成基板之一面側；及驅動電路基板，其接合於流道形成基板之壓電元件側，且設置有驅動壓電元件之驅動電路；且藉由利用驅動電路驅動壓電元件而使壓力產生室內之液體產生壓力變化，藉此自噴嘴噴射液滴。
作為此種壓電元件，提出有藉由成膜及微影法而形成於流道形成基板上之薄膜形者。藉由如此般使用薄膜形之壓電元件，可將壓電元件配置成高密度，但另一方面，配置成高密度之壓電元件與驅動電路之電性連接變得困難。
因此，提出有於驅動電路基板設置凸塊，於接著驅動電路基板與流道形成基板之接著層設置凹部，且於凹部內經由凸塊而將驅動電路與壓電元件電性連接者(例如，參照專利文獻1及2等)。
藉由如此般於驅動電路與壓電元件之連接使用凸塊，可容易地且以低成本連接配置成高密度之壓電元件與驅動電路。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2014-51008號公報
[專利文獻2]日本特開2009-117544號公報
然而，若將設置於凸塊之兩側之接著層隔開配置，則有導致於流道形成基板或驅動電路基板產生翹曲之問題。
若因此而將接著層接近於凸塊而設置，則有接著層到達壓電元件之驅動區域，而導致對振動特性造成不良影響之問題。
又，若驅動電路基板與流道形成基板之接合強度低，則有凸塊與壓電元件之電性連接不穩定之問題。
另，此種問題並非僅存在於噴射墨水等液體之噴頭，亦同樣存在於噴頭以外之微機電系統裝置中。
本發明係鑑於此種情況，目的在於提供一種可抑制基板之翹曲而確實地連接第1電極與第2電極之微機電系統裝置、噴頭及液體噴射裝置。
解決上述問題之本發明之態樣係一種微機電系統裝置，其特徵在於包含：第1基板，其設置有包含第1電極之凸塊；及第2基板，其係於藉由接著層形成之凹部之底面設置有第2電極；且上述第1基板與上述第2基板係藉由上述接著層而接合；上述第1電極藉由將上述凸塊插入至上述凹部，而與上述第2電極電性連接；於將上述凸塊插入至上述凹部之方向上，上述凸塊之一部分與形成上述凹部之上述接著層重疊。
於此種態樣中，可經由凸塊而確實地且以低成本連接配置成高密度之第1電極與第2電極。又，藉由使形成凹部之接著層與凸塊重疊，可將接著層接近於凸塊而設置，可抑制基板之翹曲而抑制第1電 極與第2電極之連接不良。又，藉由使接著層重疊於凸塊，與將接著層擴展至凹部之外側之情形相比，可謀求基板之小型化。
此處，較佳為上述凸塊包含：核心部，其具有彈性；及金屬膜，其設置於該核心部之表面。藉此，即使於流道形成基板或驅動電路基板存在翹曲或起伏，亦可藉由使凸塊之核心部變形而將凸塊與壓電元件確實地連接。
又，較佳為於上述第1基板設置有複數個上述第1電極，且上述凸塊之上述核心部獨立設置於每個上述第1電極，於相互相鄰之上述核心部之間設置有上述接著層。藉此，不將基板大型化，即可使接著層之接合面積增大而提高接合強度。
又，較佳為上述接著層以感光性樹脂形成。藉此，可將接著層容易地且以高精度形成為特定形狀。
再者，本發明之另一態樣係一種噴頭，其特徵在於：於上述態樣之上述第2基板，形成有連通於噴嘴之壓力產生室，於該第2基板之上述第1基板側，連接有連接於上述第2電極且使上述壓力產生室內之液體產生壓力變化之壓電元件。
於此種態樣中，藉由使形成凹部之接著層與凸塊重疊，不將接著層延伸設置至壓電元件側，即可抑制接著層附著於壓電元件，而抑制因接著層而阻礙壓電元件之位移。
又，本發明之另一態樣係一種液體噴射裝置，其特徵在於包含上述態樣之噴頭。
於此種態樣中，可實現確實地進行電極之連接並小型化且抑制壓電元件之位移被妨礙之液體噴射裝置。
1‧‧‧噴墨式記錄噴頭(噴頭)
2‧‧‧卡匣
3‧‧‧支架
4‧‧‧裝置本體
5‧‧‧支架軸
6‧‧‧驅動馬達
7‧‧‧時規皮帶
8‧‧‧搬送輥
10‧‧‧流道形成基板(第2基板)
12‧‧‧壓力產生室
15‧‧‧連通板
16‧‧‧噴嘴連通路徑
17‧‧‧第1歧管部
18‧‧‧第2歧管部
19‧‧‧供給連通路徑
20‧‧‧噴嘴板
20a‧‧‧液體噴射面
21‧‧‧噴嘴
30‧‧‧驅動電路基板(第1基板)
31‧‧‧驅動電路
31a‧‧‧端子
32‧‧‧凸塊
33‧‧‧核心部
34‧‧‧金屬膜(第1電極)
35‧‧‧接著層
35a‧‧‧內側面
35b‧‧‧外側面
35c‧‧‧外側面
36‧‧‧凹部
37‧‧‧延伸設置部
38‧‧‧保持部
40‧‧‧殼體構件
41‧‧‧凹部
42‧‧‧第3歧管部
43‧‧‧連接口
44‧‧‧導入路徑
45‧‧‧柔性基板
46‧‧‧密封膜
47‧‧‧固定基板
48‧‧‧開口部
49‧‧‧柔性部
50‧‧‧振動板
51‧‧‧彈性膜
52‧‧‧絕緣體膜
60‧‧‧第1電極
70‧‧‧壓電體層
71‧‧‧凹部
80‧‧‧第2電極
91‧‧‧個別配線(第2電極)
92‧‧‧共通配線
100‧‧‧歧管
135‧‧‧感光性接著劑
200‧‧‧玻璃遮罩
201‧‧‧開口部
300‧‧‧壓電致動器(壓電元件)
I‧‧‧噴墨式記錄裝置(液體噴射裝置)
S‧‧‧記錄片材
w‧‧‧區域
X‧‧‧第1方向
Y‧‧‧第2方向
Z‧‧‧第3方向
圖1係實施形態1之噴頭之分解立體圖。
圖2係實施形態1之噴頭之俯視圖。
圖3係實施形態1之流道形成基板之要部俯視圖。
圖4係實施形態1之噴頭之剖視圖。
圖5(a)、(b)係放大實施形態1之噴頭之要部之剖視圖。
圖6係實施形態1之驅動電路基板之俯視圖。
圖7係實施形態1之流道形成基板之要部立體圖。
圖8係實施形態1之流道形成基板之要部立體圖。
圖9(a)~(c)係顯示實施形態1之接著層之製造方法之剖視圖。
圖10(a)、(b)係放大實施形態2之噴頭之要部之剖視圖。
圖11係一實施形態之記錄裝置之概略圖。
以下基於實施形態而詳細說明本發明。
(實施形態1)
圖1係本發明之實施形態1之噴頭之一例即噴墨式記錄噴頭之分解立體圖，圖2係噴墨式記錄噴頭之俯視圖。又，圖3係流道形成基板之要部俯視圖，圖4係圖2之A-A'線剖視圖，圖5係放大圖4之要部之剖視圖。
如圖示般，本實施形態之噴頭之一例即噴墨式記錄噴頭1具備第2基板即流道形成基板10、連通板15、噴嘴板20、第1基板即驅動電路基板30、柔性基板45等複數個構件。
流道形成基板10可使用不鏽鋼或Ni等金屬、以ZrO2或Al2O3為代表之陶瓷材料、玻璃陶瓷材料、如MgO、LaAlO3之氧化物等。於本實施形態中，流道形成基板10包含單晶矽基板。於該流道形成基板10，如圖4及圖5所示，藉由自一面側各向異性蝕刻，而將由複數個隔板所區劃之壓力產生室12沿著噴出墨水之複數個噴嘴21所並列設置之方向而並列設置。以後，將該方向稱為壓力產生室12之並列設置方向、或第1方向X。又，於流道形成基板10，壓力產生室12於第1方向 X並列設置之列設置有複數列、於本實施形態中為2列。以後，將列設有複數個將該壓力產生室12沿著第1方向X形成之壓力產生室12之列之列設方向稱為第2方向Y。再者，於本實施形態中將與第1方向X及第2方向Y之兩者交叉之方向稱為第3方向Z。另，於本實施形態中，將各方向(X、Y、Z)之關係設為正交，但各構成之配置關係未必限定於正交者。
又，於流道形成基板10，亦可於壓力產生室12之第2方向Y之一端部側，設置有開口面積較該壓力產生室12窄，且賦予流入至壓力產生室12之墨水之流道阻力之供給路徑等。
又，於流道形成基板10之一面側(積層方向且-Z方向)，依序積層有連通板15與噴嘴板20。即，具備設置於流道形成基板10之一面之連通板15、及設置於連通板15之與流道形成基板10相反面側且具有噴嘴21之噴嘴板20。
於連通板15，設置有連通壓力產生室12與噴嘴21之噴嘴連通路徑16。連通板15具有較流道形成基板10大之面積，噴嘴板20具有較流道形成基板10小之面積。由於藉由如此般設置連通板15而使噴嘴板20之噴嘴21與壓力產生室12隔開，故位於壓力產生室12中之墨水不易受到噴嘴21附近之墨水所產生之墨水中之水分之蒸發所引起之增稠之影響。又，由於噴嘴板20只要覆蓋連通壓力產生室12與噴嘴21之噴嘴連通路徑16之開口即可，故可使噴嘴板20之面積相對較小，而可謀求成本之削減。另，於本實施形態中，將噴嘴板20之噴嘴21開口，且噴出墨滴之面稱為液體噴射面20a。
又，於連通板15，設置有構成歧管100之一部分之第1歧管部17、與第2歧管部18。
第1歧管部17係將連通板15沿厚度方向(連通板15與流道形成基板10之積層方向)貫通而設置。
又，第2歧管部18不將連通板15沿厚度方向貫通，而是於連通板15之噴嘴板20側開口而設置。
再者，於連通板15，於每個壓力產生室12獨立設置有連通於壓力產生室12之第2方向Y之一端部之供給連通路徑19。該供給連通路徑19連通第2歧管部18與壓力產生室12。
作為此種連通板15，可使用不鏽鋼或Ni等金屬、或鋯等之陶瓷等。另，連通板15較佳為線性膨脹係數與流道形成基板10同等之材料。即，使用線性膨脹係數與流道形成基板10大不相同之材料作為連通板15之情形時，藉由加熱或冷卻，而因流道形成基板10與連通板15之線性膨脹係數之不同導致產生翹曲。於本實施形態中，藉由使用與流道形成基板10相同之材料、即單晶矽基板作為連通板15，而抑制產生由熱引起之翹曲或由熱引起之裂紋、剝離等。
於噴嘴板20，形成有與各壓力產生室12經由噴嘴連通路徑16而連通之噴嘴21。此種噴嘴21並列設置於第1方向X，並列設置於該第1方向X之噴嘴21之列於第2方向Y形成有2列。
作為此種噴嘴板20，可使用例如不鏽鋼(SUS)等金屬、如聚醯亞胺樹脂之有機物、或單晶矽基板等。另，藉由使用單晶矽基板作為噴嘴板20，可使噴嘴板20與連通板15之線性膨脹係數同等，而抑制產生由加熱或冷卻所引起之翹曲或由熱引起之裂紋、剝離等。
另一方面，於流道形成基板10之與連通板15相反面側，形成有振動板50。於本實施形態中，作為振動板50，設置有設置於流道形成基板10側之包含氧化矽之彈性膜51、與設置於彈性膜51上之包含氧化鋯之絕緣體膜52。另，壓力產生室12等之液體流道係藉由將流道形成基板10自一面側(接合有噴嘴板20之面側)各向異性蝕刻而形成，壓力產生室12等之液體流道之另一面係藉由彈性膜51而區劃。
又，於流道形成基板10之振動板50上，設置有本實施形態之壓 電元件即壓電致動器300。壓電致動器300具有自振動板50側依序積層之第1電極60、壓電體層70及第2電極80。構成壓電致動器300之第1電極60於本實施形態中於每個壓力產生室12被切分，而構成於壓電致動器300之每個實質驅動部即能動部獨立之個別電極。該第1電極60於壓力產生室12之第1方向X上，以較壓力產生室12之寬度窄之寬度形成。即於壓力產生室12之第1方向X上，第1電極60之端部位於與壓力產生室12對向之區域之內側。又，於壓力產生室12之第2方向Y上，第1電極60之兩端部分別延伸設置至壓力產生室12之外側為止。此種第1電極60之材料只要為金屬材料則並未特別限定，例如適合使用鉑(Pt)、銥(Ir)等。
壓電體層70係以於第2方向Y成為特定寬度之方式遍及第1方向X而連續設置。壓電體層70之第2方向Y之寬度較壓力產生室12之第2方向Y之寬度寬。因此，於壓力產生室12之第2方向Y，壓電體層70設置至壓力產生室12之外側為止。
壓力產生室12之第2方向Y之一端部側(與歧管100相反側)之壓電體層70之端部較第1電極60之端部位於外側。即，第1電極60之端部係由壓電體層70覆蓋。又，壓力產生室12之第2方向Y之歧管100側即另一端側之壓電體層70之端部較第1電極60之端部位於內側(壓力產生室12側)，第1電極60之歧管100側之端部未由壓電體層70覆蓋。
壓電體層70可包含形成於第1電極60上之具有極化構造之氧化物之壓電材料，例如包含一般式ABO3所示之鈣鈦礦形氧化物。作為壓電體層70所使用之鈣鈦礦形氧化物，例如可使用包含鉛之鉛系壓電材料或不包含鉛之非鉛系壓電材料等。
於此種壓電體層70，形成有對應於各隔板之凹部71。該凹部71之第1方向X之寬度與各隔板之第1方向X之寬度大致相同、或較其寬。藉此，振動板50之與壓力產生室12之第2方向Y之端部相對抗之 部分(所謂之振動板50之橫桿部)之剛性被壓制，故可使壓電致動器300良好地位移。又，為了使位移良好而於壓電體層70形成有凹部71，但並非特別限定於此，即使不形成凹部71，只要壓電致動器300可獲得期望之位移即可。
第2電極80設置於壓電體層70之與第1電極60相反面側，構成與複數個能動部共通之共通電極。又，第2電極80既可設置於凹部71之內表面、即壓電體層70之凹部71之側面內，亦可不設置。
此種以第1電極60、壓電體層70及第2電極80構成之壓電致動器300藉由於第1電極60與第2電極80之間施加電壓而產生位移。即藉由於兩個電極之間施加電壓，而於第1電極60與第2電極80所夾著之壓電體層70產生壓電應變。且，將於對兩個電極施加電壓時，於壓電體層70產生壓電應變之部分稱為能動部。相對於此，將於壓電體層70未產生壓電應變之部分稱為非能動部。
又，如圖3、圖4及圖5所示，自壓電致動器300之第1電極60拉出拉出配線即個別配線91。於本實施形態中，並列設置於第1方向X之壓電致動器300(能動部)之列於第2方向Y設置有2列，自各列之壓電致動器300於第2方向Y拉出至列之外側。又，自壓電致動器300之第2電極80拉出拉出配線即共通配線92。於本實施形態中，共通配線92導通於2列壓電致動器300之各者之第2電極80。又，共通配線92係以相對於複數個能動部為1條之比例設置。於本實施形態中，將自壓電致動器300之第1電極60拉出之個別配線91及自第2電極80拉出之共通配線92稱為第2電極。即，於第2基板即流道形成基板10，設置有第2電極即個別配線91及共通配線92。
又，於流道形成基板10之壓電致動器300側之面，接合有與流道形成基板10具有大致相同大小之驅動電路基板30。
此處，對本實施形態之第1基板即驅動電路基板30，參照圖4、 圖5及圖6進行說明。另，圖6係自流道形成基板側俯視驅動電路基板時之俯視圖。
如圖示般，本實施形態之第1基板即驅動電路基板30係藉由半導體製造製程而於半導體基板製造具有傳輸閘等開關元件之積體電路即驅動電路31者，並非例如將另外形成之半導體積體電路安裝於設置於基板之配線者。
此種驅動電路基板30係將驅動電路31一體形成於與流道形成基板10相對向之面側。且，驅動電路基板30與流道形成基板10係介隔接著層35而接合。
此處，驅動電路基板30之驅動電路31與流道形成基板10之個別配線91及共通配線92係經由凸塊32而連接。於本實施形態中，於驅動電路基板30之與流道形成基板10相對向之面設置包含與驅動電路31之各端子31a電性連接之第1電極之凸塊32，藉由將凸塊32與個別配線91及共通配線92電性連接，而將驅動電路31與壓電致動器300之第1電極60及第2電極80電性連接。
此種凸塊32例如具備：核心部33，其係以具有彈性之樹脂材料形成；及金屬膜34，其形成於核心部33之表面。金屬膜34自核心部33之表面設置至到達驅動電路基板30之流道形成基板10側之面為止，且金屬膜34電性連接於驅動電路基板30之驅動電路31之端子31a。即，於本實施形態中，設置金屬膜34作為第1電極。
核心部33係以聚醯亞胺樹脂、丙烯酸樹脂、苯酚樹脂、矽氧樹脂、矽氧改質聚醯亞胺樹脂、環氧樹脂等感光性絕緣樹脂或熱硬化性絕緣樹脂形成。
又，核心部33係於接合驅動電路基板30與流道形成基板10之前，形成為大致半圓柱狀。此處，所謂半圓柱狀係指與驅動電路基板30相接之內表面(底面)為平面，且非接觸面即外表面側成為彎曲面之 柱狀形狀。具體而言，所謂大致半圓柱狀，可舉出橫截面為大致半圓狀、大致半橢圓狀、大致梯形狀者等。
且核心部33藉由以使驅動電路基板30與流道形成基板10相對接近之方式被按壓，其前端形狀以仿照個別配線91及共通配線92之表面形狀之方式彈性變形。
藉此，即使於驅動電路基板30或流道形成基板10存在翹曲或起伏，核心部33亦追隨於此而變形，藉此可將凸塊32與個別配線91及共通配線92確實地連接。
另，核心部33於本實施形態中，於第1方向X於直線上連續配置。即，核心部33係於第2方向Y上，於2列壓電致動器300之外側設置有2條，於2列壓電致動器300之間設置有1條，合計3條。且，設置於2列壓電致動器300之外側之各核心部33構成與壓電致動器300之各列之個別配線91連接之凸塊32，設置於2列壓電致動器300之間之核心部33構成連接於2列壓電致動器300之共通配線92之凸塊32。
此種核心部33可藉由光微影技術或蝕刻技術而形成。
金屬膜34被覆核心部33之表面。金屬膜34係以例如Au、TiW、Cu、Cr(鉻)、Ni、Ti、W、NiV、Al、Pd(鈀)、無鉛焊錫等金屬或合金形成，可為其等之單層，亦可為積層複數種者。且，金屬膜34係藉由核心部33之彈性變形而仿照個別配線91及共通配線92之表面形狀變形，與個別配線91及共通配線92金屬接合。另，連接於個別配線91之金屬膜34係以與個別配線91相同之間距沿第1方向X配設於核心部33之表面。又，連接於共通配線92之金屬膜34係以與共通配線92相同之間距沿第1方向X配設於核心部33之表面。
此種凸塊32、於本實施形態中為設置於核心部33之表面之金屬膜34與個別配線91及共通配線92係常溫接合。具體而言，本實施形態之驅動電路基板30與流道形成基板10係藉由接著層35而接合，藉此， 凸塊32與個別配線91及共通配線92以相互抵接之狀態固定。此處，接著層35可使用例如具有以環氧樹脂、丙烯酸樹脂、苯酚樹脂、聚醯亞胺樹脂、矽氧樹脂、苯乙烯樹脂等為主成分之樹脂且具有一定之黏著性之接著劑或抗蝕劑材料等。尤其，藉由使用光阻等所使用之感光性樹脂，可容易地且以高精度形成接著層35。即，作為接著層35，使用黏度較低之接著劑之情形時，接著劑流出至壓電致動器300之能動部及設置有能動部之振動板50上等，而有導致接著劑阻礙壓電致動器300之變形之虞，但藉由使用光阻等所使用之感光性樹脂作為接著層35，可將接著層35僅形成於期望之區域，而抑制因接著劑之流出而阻礙壓電致動器300之變形。另，作為感光性樹脂，例如可舉出SU-8_3000(日本化藥有限公司製)、SU-8_3000CF(日本化藥有限公司製)、TMMR_s2000(東京應化工業有限公司製)等。
於本實施形態中，於各凸塊32之兩側、即夾著凸塊32之第2方向Y之兩側設置接著層35。即，於2個接著層35之間形成凹部36，於凹部36之底面、即流道形成基板10之振動板50上設置第2電極即個別配線91及共通配線92，於凹部36內，分別連接凸塊32與個別配線91及共通配線92。於本實施形態中，由於沿第1方向X延伸設置之凸塊32係於第2方向Y設置有3條，故接著層35以於各凸塊32分別形成凹部36之方式，於各凸塊32之第2方向Y之兩側沿著第1方向X延伸設置。即，沿第1方向X延伸設置之接著層35係於第2方向Y設置有6條。又，於第2方向Y並列設置之接著層35係以於第1方向X之兩端部中端部彼此連續之方式設置。即，接著層35係形成為遍及壓電致動器300之各列之周圍，以包圍該壓電致動器300之各列之方式於俯視時成為矩形之框架狀。
又，接著層35係於第3方向Z上，與凸塊32之一部分重疊。具體而言，如圖5所示，接著層35其第2方向Y之寬度擴展至流道形成基板 10與凸塊32於第3方向Z相對向之間之區域w為止。即，所謂接著層35與凸塊32之一部分重疊係指於自第3方向Z俯視時，接著層35之一部分與凸塊32之一部分重疊。另，所謂此處所言之凸塊32於本實施形態中係自驅動電路基板30突出至流道形成基板10側而設置之部分，係包含核心部33與設置於核心部33之表面之金屬膜34之區域w。又，接著層35其橫截面、即第2方向Y之剖面形狀形成為流道形成基板10側寬幅、驅動電路基板30側窄幅之梯形狀。即，接著層35其形成凹部36之內側面35a係相對於第3方向Z傾斜而設置。於本實施形態中，內側面35a藉由將流道形成基板10側朝接近於凸塊32之方向傾斜設置，而於凸塊32之區域w內配置接著層35之一部分。再者，接著層35使內側面35a傾斜設置以免凹部36之內側面與凸塊32相互接觸。此係例如接著層35與凸塊32接觸時，有硬化之接著層35阻礙凸塊32之變形之虞。即，當接著層35與凸塊32之側面接觸時，有阻礙凸塊32之仿照個別配線91及共通配線92之變形，與個別配線91及共通配線92之接觸面積減少而產生連接不良之虞。又，當接著層35與凸塊32之一部分接觸而硬化時，於接著層35所未接觸之凸塊32施加變形之載荷，而導致無法於凸塊32與個別配線91及共通配線92之複數個連接部分以相同之載荷連接。於本實施形態中，藉由於接著層35與凸塊32之間配置空間以免接著層35與凸塊32接觸，可抑制接著層35阻礙凸塊32之變形，而確實地進行凸塊32與個別配線91及共通配線92之電性連接。
如此，藉由使凹部36之內側面35a傾斜，凸塊32與接著層35之流道形成基板10之接合區域接近，可於抵接凸塊32之區域抑制流道形成基板10之翹曲。另外，凸塊32與形成凹部36之接著層35之流道形成基板10之接合區域較遠之情形時，有於凹部36之間因凸塊32所按壓之壓力而於流道形成基板10產生翹曲，而產生凸塊32與個別配線91及共通配線92之連接不良之虞。於本實施形態中，可抑制流道形成基板10之 翹曲，而抑制產生凸塊32與個別配線91及共通配線92之連接不良。
又，於本實施形態中，接著層35之與凹部36相反側之外側面35b相對於沿著第3方向Z之面、即流道形成基板10之表面成為垂直面。藉此，接著層35以較與驅動電路基板30之接合面積寬之面積與流道形成基板10接合。另，亦可使接著層35之外側面35b與凹部36之內側面35a同樣地傾斜，但當使外側面35b朝與凹部36之內側面35a相同之方向傾斜時，接著層35與流道形成基板10之接著面積減少。又，當使接著層35之外側面35b以與內側面35a成為相反方向之方式傾斜時，雖可使接著層35與流道形成基板10之接著面積增大，但有於流道形成基板10之壓電致動器300之能動部或振動板50之設置有能動部之區域等附著接著層35之虞，有阻礙壓電致動器300或振動板50之變形之虞。又，接著層35為了避免接著層35與壓電致動器300之能動部或振動板50之設置有能動部之區域接觸，導致流道形成基板10及驅動電路基板30大型化。於本實施形態中，藉由使凹部36之內側面35a傾斜而使接著層35與凸塊32於第3方向Z重疊且沿著第3方向Z形成外側面35b，可使接著層35之接著面積增加，而提高流道形成基板10與驅動電路基板30之接合強度，且可抑制接著層35與壓電致動器300之能動部或振動板50之形成有能動部之區域等接觸，抑制因壓電致動器300之位移被阻礙所引起之墨水之噴射不良或噴射特性之劣化。又，可將設置接著層35之區域抑制為最小限度，謀求噴頭之小型化。
另，於本實施形態中，由接著層35所形成之凹部36係如圖7所示，遍及並列設置於第1方向X之個別配線91而連續設置。當然，接著層35並非特別限定於此，例如如圖8所示，亦可設置以於第1方向X上相鄰之個別配線91之間連續之方式延伸設置之延伸設置部37。即，亦可於相鄰之核心部33之間，設置接著層35之延伸設置部37，而凹部36獨立設置於每個個別配線91。如該圖8所示，於在接著層35設置有 延伸設置部37之情形時，由於接著層35與流道形成基板10及驅動電路基板30之接著面積增大，故可進一步提高流道形成基板10與驅動電路基板30之接合強度。又，由於流道形成基板10與驅動電路基板30係遍及核心部33之周圍而接合，故可抑制流道形成基板10及驅動電路基板30於凹部36內之翹曲。另，圖7及圖8係顯示流道形成基板10之要部之立體圖。
藉由如此般接合流道形成基板10與驅動電路基板30之接著層35，於流道形成基板10與驅動電路基板30之間，形成有於內部配置有壓電致動器300之空間即保持部38。於本實施形態中，由於接著層35係遍及壓電致動器300之各列之周圍而連續設置，故於流道形成基板10與驅動電路基板30之間，與壓電致動器300之每列對應而獨立設置有保持部38。此種保持部38既可密封，亦可不密封。另，藉由使用感光性樹脂作為接著層35，可容易地且確實地形成密封空間即保持部38。
另，向驅動電路基板30連接外部配線並未特別限定，例如可於驅動電路基板30設置貫通電極，而於驅動電路基板30之與流道形成基板10相對向之面相反之面上對貫通電極連接外部配線。又，亦可於驅動電路基板30之與流道形成基板10相對向之面，自形成有驅動電路31之區域至保持部38之外側為止設置配線，且於保持部38之外側連接配線與外部配線。再者，亦可於驅動電路基板30設置貫通孔，且連接插入至貫通孔內之外部配線與驅動電路31。
如此，於本實施形態中，由於藉由將形成有驅動電路31之驅動電路基板30直接接合於流道形成基板10，可將驅動電路31與壓電致動器300電性連接，故可確實地且以低成本連接配置成高密度之壓電致動器300之個別配線91及共通配線92與驅動電路31。
此處，參照圖9對接合流道形成基板10與驅動電路基板30之接著 層35之製造方法進行說明。
如圖9(a)所示，遍及流道形成基板10之一面之整面而塗佈成為接著層35之感光性接著劑135，焙燒而使溶劑成分揮發。其後，於感光性接著劑135之上方配置具有開口部201之玻璃遮罩200，且自斜方向照射紫外線。藉此，因開口部201而未被遮蔽之紫外線斜照射至感光性接著劑135，感光性接著劑135之被斜照射紫外線之部分曝光。該斜曝光之感光性接著劑135成為凹部36之內側面35a。
接著如圖9(b)所示，自垂直方向對玻璃遮罩200照射紫外線。藉此，因開口部201而未被遮蔽之紫外線垂直照射至感光性接著劑135，感光性接著劑135之被垂直照射紫外線之部分曝光。該垂直曝光之感光性接著劑135成為凹部36之外側面35b。
其後，如圖9(b)所示，藉由去除感光性接著劑135之未曝光之部分，可形成一內側面35a傾斜、另一外側面35b形成於垂直方向之接著層35。另，於上述之例中，例示形成凹部36之一接著層35之製造方法，對於形成凹部36之另一接著層35亦可藉由與上述之例相同之製造方法而形成。如此，藉由對接著層35使用利用感光性接著劑135而於玻璃遮罩200圖案化之、所謂光阻步驟，可容易地且以高精度形成接著層35。又，藉由利用光阻步驟而以高精度形成接著層35，可以接著層35不與凸塊32接觸之位置及寬度形成。
於此種流道形成基板10、驅動電路基板30、連通板15及噴嘴板20之接合體，如圖4所示，固定有形成連通於複數個壓力產生室12之歧管100之殼體構件40。殼體構件40係於俯視下具有與上述之連通板15大致相同形狀，接合於驅動電路基板30，且亦接合於上述之連通板15。具體而言，殼體構件40係於驅動電路基板30側具有供收容流道形成基板10及驅動電路基板30之深度之凹部41。該凹部41具有較驅動電路基板30之接合於流道形成基板10之面寬之開口面積。且，以於凹部 41收容有流道形成基板10等之狀態將凹部41之噴嘴板20側之開口面藉由連通板15而密封。又，於殼體構件40，形成有於凹部41之第2方向Y之兩側具有凹形狀之第3歧管部42。藉由該第3歧管部42、與設置於連通板15之第1歧管部17及第2歧管部18而構成本實施形態之歧管100。
另，作為殼體構件40之材料，例如可使用樹脂或金屬等。另外，藉由將樹脂材料成形作為殼體構件40，可以低成本大量生產。
又，於連通板15之第1歧管部17及第2歧管部18開口之面，設置有柔性基板45。該柔性基板45密封第1歧管部17與第2歧管部18之液體噴射面20a側之開口。此種柔性基板45於本實施形態中具備密封膜46與固定基板47。密封膜46包含具有可撓性之薄膜(例如，由聚苯硫醚(PPS)或不鏽鋼(SUS)等形成之厚度為20μm以下之薄膜)，且固定基板47係以不鏽鋼(SUS)等之金屬等硬質材料形成。由於該固定基板47之與歧管100對向之區域成為厚度方向上被完全去除之開口部48，故歧管100之一面成為僅以具有可撓性之密封膜46密封之可撓部即柔性部49。
另，於殼體構件40，設置有用以連通於歧管100而對各歧管100供給墨水之導入路徑44。又，於殼體構件40，設置有露出驅動電路基板30之與流道形成基板10相反側之面而供插通未圖示之外部配線之連接口43，且插入至連接口43之外部配線與驅動電路基板30電性連接。
於此種構成之噴墨式記錄噴頭1中，於噴射墨水時，自儲存有墨水之液體儲存機構經由導入路徑44而引入墨水，且自歧管100至噴嘴21為止以墨水充滿流道內部。其後，藉由根據來自驅動電路31之信號，對與壓力產生室12對應之各壓電致動器300施加電壓，而使振動板50與壓電致動器300一起彎曲變形。藉此，壓力產生室12內之壓力提高而自特定之噴嘴21噴射墨滴。
(實施形態2)
圖10係本發明之實施形態2之噴頭之要部剖視圖。另，對與上述之實施形態1相同之構件，標註相同之符號並省略重複之說明。
如圖10所示，本實施形態之接著層35其凹部36之內側面35a、即凸塊32側之內側面35a相對於第3方向Z傾斜設置，外側面35c朝與內側面35a相同之方向傾斜設置。
於此種接著層35中，與流道形成基板10之接著面積與將內側面及外側面沿著第3方向Z，即相對於流道形成基板10之表面以垂直面形成之情形相同，但接著層35與流道形成基板10之接合位置變得靠近凸塊32。因此，可於凹部36內抑制流道形成基板10及驅動電路基板30之翹曲，而抑制凸塊32與個別配線91及共通配線92之連接不良。
另，於本實施形態中，亦與上述之實施形態1之圖7及圖8相同，既可於相鄰之凸塊32之間不設置接著層35，亦可於相鄰之凸塊32之間設置延伸設置有接著層35之延伸設置部37。
(其他實施形態)
以上，對本發明之各實施形態進行了說明，但本發明之基本構成並非限定於上述者。
於上述之實施形態1及2中，將凸塊32設置於驅動電路基板30，但並非特別限定於此，亦可將凸塊32設置於流道形成基板10。於該情形時，於第3方向Z上與凸塊32相對向之接著層35只要設置於驅動電路基板30側即可。又，供設置凸塊32及接著層35之流道形成基板10上之個別配線91及共通配線92亦可例如將壓電致動器300之壓電體層70延伸設置，而設置於延伸設置之壓電體層70上。藉此，不於驅動電路基板30設置凹部等，即可確保驅動電路基板30與流道形成基板10之間之保持部38之第3方向Z之高度，而可抑制壓電致動器300於位移時抵接於驅動電路基板30。又，為了確保保持部38之高度，無須將凸塊32形 成為較大或將接著層35之寬度形成為較寬，可使凸塊32及接著層35之設置面積減少而謀求成本之降低及小型化。
又，於上述之實施形態1及2中，作為凸塊32，使用可彈性之樹脂材料之核心部33、與設置於核心部33之表面之金屬膜34，但並非特別限定於此，例如作為凸塊32，亦可使用內部之核心部亦以金屬形成之凸塊。如此，於使用以金屬形成核心部之凸塊之情形時，為了使凸塊可變形，較佳為使用相對較柔軟之材料，例如可使用焊錫或金(Au)、鉑(Pt)、銥(Ir)等。
再者，於上述之實施形態1及2中，將第1電極60設為各能動部之個別電極，將第2電極80設為複數個能動部之共通電極，但並非特別限定於此，例如亦可將第1電極設為複數個能動部之共通電極，將第2電極設為各能動部之個別電極。再者，於上述之實施形態1及2中，例示以彈性膜51及絕緣體膜52構成振動板50者，但並非特別限定於此，例如亦可為設置彈性膜51及絕緣體膜52之任一者作為振動板50者，又，亦可為具有其他膜作為振動板50者。再者，亦可不設置彈性膜51及絕緣體膜52作為振動板50，而僅使第1電極60作為振動板而作用。又，亦可使壓電致動器300本身實質上兼作振動板。
又，於上述之實施形態1及2中，於驅動電路基板30之與流道形成基板10相對向之面側設置驅動電路31，但並非特別限定於此，例如亦可於驅動電路基板30之與流道形成基板10相反側之面設置驅動電路31。該情形時，凸塊32與驅動電路31亦可設置將驅動電路基板30沿厚度方向即第3方向Z貫通而設置之貫通電極、例如矽貫通電極(TSV)，而經由貫通電極連接驅動電路31與凸塊32。
再者，於上述之實施形態1及2中，例示藉由半導體製程而形成驅動電路31之驅動電路基板30，但並非特別限定於此，例如亦可不於驅動電路基板30設置傳輸閘等開關元件。即，驅動電路基板30亦可為 未設置開關元件，而設置有供安裝設置有開關元件之驅動電路之配線者。即，所謂驅動電路基板30未必限定於藉由半導體製程而一體形成有驅動電路31者。
又，於上述之實施形態1及2中，於連接驅動電路31與共通配線92之凸塊32之第2方向Y之兩側亦設置接著層35，但並非特別限定於此，例如亦可不於與共通配線92連接之凸塊32之兩側設置接著層35。即使為此種情形，於上述之實施形態1及2中，於與共通配線92連接之凸塊32之第2方向Y之兩側，由於在與個別配線91連接之凸塊32之兩側設置有接著層35，故凸塊32與共通配線92即使無接著層35亦可確實地連接。
再者，於上述之實施形態1及2中，例示驅動電路基板30為流道形成基板10側之面形成為平坦面之平板狀者，但並非特別限定於此，例如亦可於驅動電路基板30之流道形成基板10側之面之與壓電致動器300對向之區域設置凹部。藉此，可擴寬壓電致動器300與驅動電路基板30之間隔，而抑制壓電致動器300於位移時與驅動電路基板30抵接。另外，於在驅動電路基板30形成凹部時，既可藉由切削驅動電路基板30而形成，亦可以於驅動電路基板30形成凹部之方式藉由樹脂或成膜等形成凸部。另，於藉由切削驅動電路基板30而形成凹部之情形時，由於將驅動電路31一體形成於凹部之底面較為困難，故較佳為將驅動電路31一體形成於與流道形成基板10相反面側。又，凹部既可對2列壓電致動器300設置1個共通之凹部，亦可於壓電致動器300之每列設置凹部。
又，於上述之實施形態1及2中，對1個流道形成基板10設置1個驅動電路基板30，但並非特別限定於此，例如亦可於壓電致動器300之每列獨立設置驅動電路基板30。但，如上述之實施形態1般，對1個流道形成基板10設置1個驅動電路基板30，可減少零件件數，且可於2 列壓電致動器300共通地進行共通配線92與驅動電路基板30之連接，而可減少連接部位。因此，如上述之實施形態1般對1個流道形成基板10設置1個驅動電路基板30之方法可降低成本且實現小型化。
再者，於上述之實施形態1及2中，例示壓電致動器300之列於第2方向Y設置有2列之構成，但壓電致動器300之列之數量並非特別限定於此，亦可為1列，又，亦可為3列以上。
又，該等實施形態之噴墨式記錄噴頭1構成具備與墨水卡匣等連通之墨水流道之噴墨式記錄噴頭單元之一部分，而搭載於噴墨式記錄裝置。圖11係顯示該噴墨式記錄裝置之一例之概略圖。
於圖11所示之噴墨式記錄裝置I中，噴墨式記錄噴頭1係可拆裝地設置有構成墨水供給機構之卡匣2，搭載有噴墨式記錄噴頭1之支架3係軸向移動自如地設置於安裝於裝置本體4之支架軸5。
且，藉由將驅動馬達6之驅動力經由未圖示之複數個齒輪及時規皮帶7傳遞至支架3，搭載有噴墨式記錄噴頭1之支架3沿著支架軸5而移動。另一方面，於裝置本體4設置有作為搬送機構之搬送輥8，藉由搬送輥8而搬送紙等記錄媒體即記錄片材S。另，搬送記錄片材S之搬送機構並非限於搬送輥，亦可為皮帶或圓筒等。
另，於上述之噴墨式記錄裝置I中，例示噴墨式記錄噴頭1搭載於支架3而沿主掃描方向移動者，但並非特別限定於此，例如亦可於將噴墨式記錄噴頭1固定，使紙等記錄片材S沿副掃描方向移動而進行印刷之所謂線式記錄裝置應用本發明。
又，於上述之例中，噴墨式記錄裝置I係將液體儲存機構即卡匣2搭載於支架3之構成，但並非特別限定於此，例如亦可將墨水槽等液體儲存機構固定於裝置本體4，而經由管子等供給管連接儲存機構與噴墨式記錄噴頭1。又，亦可不將液體儲存機構搭載於噴墨式記錄裝置。
再者，本發明係廣泛以噴頭全體作為對象者，例如亦可應用於印表機等圖像記錄裝置所使用之各種噴墨式記錄噴頭等記錄噴頭、液晶顯示器等之彩色濾光片之製造所使用之色材噴射噴頭、有機EL(Electro Luminescence：電致發光)顯示器、FED(Field Emission Display：電場發射顯示器)等之電極形成所使用之電極材料噴射噴頭、生物晶片製造所使用之生物體有機物噴射噴頭等。
又，本發明係廣泛以微機電系統裝置作為對象者，亦可應用於噴頭以外之微機電系統裝置。作為微機電系統裝置之一例，可舉出超音波裝置、馬達、壓力感測器、熱電元件、強介電質元件等。又，利用該等微機電系統裝置之完成體、例如、利用上述噴頭之液體等噴射裝置、利用上述超音波裝置之超音波感測器、利用上述馬達作為驅動源之機器人、利用上述熱電元件之IR(Infrared：紅外線)感測器、利用強介電質元件之強介電質記憶體等亦包含於微機電系統裝置。
10‧‧‧流道形成基板(第2基板)
12‧‧‧壓力產生室
15‧‧‧連通板
16‧‧‧噴嘴連通路徑
18‧‧‧第2歧管部
19‧‧‧供給連通路徑
20‧‧‧噴嘴板
20a‧‧‧液體噴射面
21‧‧‧噴嘴
30‧‧‧驅動電路基板(第1基板)
31‧‧‧驅動電路
31a‧‧‧端子
32‧‧‧凸塊
33‧‧‧核心部
34‧‧‧金屬膜(第1電極)
35‧‧‧接著層
35a‧‧‧內側面
35b‧‧‧外側面
36‧‧‧凹部
38‧‧‧保持部
40‧‧‧殼體構件
45‧‧‧柔性基板
46‧‧‧密封膜
47‧‧‧固定基板
49‧‧‧柔性部
50‧‧‧振動板
51‧‧‧彈性膜
52‧‧‧絕緣體膜
60‧‧‧第1電極
70‧‧‧壓電體層
80‧‧‧第2電極
91‧‧‧個別配線(第2電極)
92‧‧‧共通配線
300‧‧‧壓電致動器(壓電元件)
w‧‧‧區域
Y‧‧‧第2方向
Z‧‧‧第3方向

Claims (6)

  1. 一種微機電系統裝置，其特徵在於包含：第1基板，其設置有包含第1電極之凸塊；及第2基板，其係於藉由接著層形成之凹部之底面設置有第2電極；且上述第1基板與上述第2基板係藉由上述接著層而接合；上述第1電極藉由將上述凸塊插入至上述凹部，而與上述第2電極電性連接；上述凸塊與上述凹部並不接觸，且於將上述凸塊插入至上述凹部之方向上，上述凸塊之一部分與形成上述凹部之上述接著層重疊。
  2. 如請求項1之微機電系統裝置，其中上述凸塊包含：核心部，其具有彈性；及金屬膜，其設置於該核心部之表面。
  3. 如請求項2之微機電系統裝置，其中於上述第1基板設置有複數個上述第1電極，且上述凸塊之上述核心部係獨立設置於每個上述第1電極；於相互相鄰之上述核心部之間設置有上述接著層。
  4. 如請求項1至3中任一項之微機電系統裝置，其中上述接著層以感光性樹脂形成。
  5. 一種噴頭，其特徵在於：於如請求項1至4中任一項之上述第2基板，形成有連通於噴嘴之壓力產生室，於該第2基板之上述第1基板側，連接有連接於上述第2電極且使上述壓力產生室內之液體產生壓力變化之壓電元件。
  6. 一種液體噴射裝置，其特徵在於包含如請求項5之噴頭。
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