JP2005096230A - Manufacturing method for liquid jetting head, and liquid jetting head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッドに関し、特に、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドの製造方法及びインクジェット式記録ヘッドに関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a liquid ejecting head and a liquid ejecting head. The present invention relates to a method for manufacturing an ink jet recording head that is formed and ejects ink droplets by displacement of a piezoelectric element, and an ink jet recording head.
インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの2種類が実用化されている。 A part of the pressure generation chamber communicating with the nozzle opening for discharging ink droplets is constituted by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize the ink in the pressure generation chamber to discharge ink droplets from the nozzle opening. Two types of ink jet recording heads have been put into practical use: those using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that extends and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and those using a flexural vibration mode piezoelectric actuator.
また、このような圧電素子を具備するインクジェット式記録ヘッドには、一般的に、複数の圧力発生室に連通して各圧力発生室にインクを供給するためのリザーバを設けられている。そして、インクカートリッジ等から供給されるインクは、一旦このリザーバに貯留された後、各圧力発生室にインクが供給されるようになっている。そして、良好なインク吐出特性を確保するためには、比較的容積の大きいリザーバを形成しておくことが好ましい。 In general, an ink jet recording head having such a piezoelectric element is provided with a reservoir that communicates with a plurality of pressure generating chambers and supplies ink to the pressure generating chambers. The ink supplied from the ink cartridge or the like is once stored in the reservoir and then supplied to each pressure generating chamber. In order to ensure good ink ejection characteristics, it is preferable to form a reservoir having a relatively large volume.
このため、圧力発生室が形成される流路形成基板及び流路形成基板に接合される接合基板を貫通するリザーバを形成することで、リザーバの容積を確保している。また、例えば、圧力発生室の列を2列具備するタイプのインクジェット式記録ヘッドにおいては、圧力発生室の列の外側に、各列に対応するリザーバを別々に設けることで、リザーバの容積を確保したものがある(例えば、特許文献1参照)。 For this reason, the volume of the reservoir is ensured by forming the flow path forming substrate in which the pressure generating chamber is formed and the reservoir penetrating the bonded substrate bonded to the flow path forming substrate. In addition, for example, in an ink jet recording head of a type having two rows of pressure generation chambers, a reservoir corresponding to each row is provided outside the row of pressure generation chambers, thereby securing the volume of the reservoir. (For example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、このようなインクジェット式記録ヘッドは、それぞれ1枚の基板である流路形成基板及び接合基板に、各圧力発生室の列に対応する2つのリザーバを形成しているため、これら流路形成基板及び接合基板の面積が大きくなってしまい、コストが高くなってしまうという問題がある。すなわち、流路形成基板及び接合基板は、それぞれ1枚のウェハに複数一体的に形成され最終的に分割されることによって形成されるため、流路形成基板及び接合基板の面積が大きくなると、1枚のウェハあたりの取り数が減少してしまい、コストが高くなってしまうという問題がある。なお、このような問題は、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、勿論、インク以外の液滴を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。 However, such an ink jet recording head has two reservoirs corresponding to each row of pressure generating chambers on a flow path forming substrate and a bonding substrate, which are each a single substrate. There is a problem that the area of the substrate and the bonding substrate is increased, and the cost is increased. That is, since the flow path forming substrate and the bonding substrate are formed by integrally forming a plurality of pieces on one wafer and finally being divided, if the area of the flow path forming substrate and the bonding substrate is increased, 1 There is a problem that the number of wafers taken per wafer is reduced and the cost is increased. Such a problem exists not only in an ink jet recording head that ejects ink droplets, but also in other liquid ejecting heads that eject droplets other than ink.
本発明は、このような事情に鑑み、製造コストを大幅に削減することができる液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッドを提供することを課題とする。 In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a liquid ejecting head and a liquid ejecting head that can greatly reduce the manufacturing cost.
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、液滴を吐出するノズル開口が穿設されたノズルプレートと、前記ノズル開口に連通する圧力発生室の列を備えた流路形成基板と、前記流路形成基板の一方面側に各圧力発生室の列に対応して設けられる複数の圧電素子からなる圧電素子群と、前記流路形成基板の前記一方面側に接合されて各圧電素子群をそれぞれ保護する圧電素子保持部を有する保護基板とを具備し、一対の前記圧力発生室の列間に各列の圧力発生室がそれぞれ連通されるリザーバが設けられた液体噴射ヘッドの製造方法であって、流路形成基板用ウェハの一方面側に、前記一対の圧力発生室の列に対応する一対の圧電素子群をマトリックス状に形成する工程と、前記圧電素子保持部、及び前記一対の圧電素子群の間に対向する領域に設けられ前記リザーバよりも幅狭のスリット孔を有する保護基板用ウェハを前記流路形成基板用ウェハに接合する工程と、前記流路形成基板用ウェハに前記圧力発生室及び前記スリット孔に対向する領域に設けられる連通部とを含む流路を形成する工程と、前記スリット孔及び前記連通部に対向する領域を含む所定領域で前記流路形成基板用ウェハ及び前記保護基板用ウェハを切断して1列の前記圧電素子群を有するアクチュエータチップに分割する工程と、一対のアクチュエータチップを前記スリット孔側が対向するように所定間隔で配置して前記ノズルプレートに接合する工程と、前記アクチュエータチップの両側面に側壁部材を接合し前記一対のアクチュエータチップ間を塞ぐことにより前記リザーバを形成する工程とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第1の態様では、リザーバの大きさに拘わらず、各アクチュエータチップの大きさを小さくすることができ、1枚のウェハからのアクチュエータチップの取り数が増加する。また、スリット孔に対向する領域で流路形成基板用ウェハ及び封止基板用ウェハを切断することで、これらのウェハを比較的容易に切断することができる。
A first aspect of the present invention that solves the above problems includes a nozzle plate having nozzle openings for discharging droplets, a flow path forming substrate having a row of pressure generation chambers communicating with the nozzle openings, A piezoelectric element group composed of a plurality of piezoelectric elements provided on one surface side of the flow path forming substrate corresponding to each row of pressure generating chambers, and each piezoelectric element bonded to the one surface side of the flow path forming substrate And a protective substrate having a piezoelectric element holding portion for protecting each group, and a method of manufacturing a liquid jet head provided with a reservoir in which each of the pressure generation chambers communicates with each other between the pair of pressure generation chambers And forming a pair of piezoelectric element groups corresponding to the row of the pair of pressure generating chambers on one side of the flow path forming substrate wafer in a matrix, the piezoelectric element holding portion, and the pair Between the piezoelectric element groups Bonding a protective substrate wafer having a slit hole narrower than the reservoir to the flow path forming substrate wafer; and facing the pressure generating chamber and the slit hole to the flow path forming substrate wafer Forming a flow path including a communication portion provided in a region to be cut, and cutting the flow path forming substrate wafer and the protection substrate wafer in a predetermined region including a region facing the slit hole and the communication portion. A step of dividing the actuator chip having the piezoelectric element group in one row, a step of arranging a pair of actuator chips at predetermined intervals so that the slit hole sides face each other, and joining the nozzle plate; Forming a reservoir by joining side wall members to both side surfaces and closing between the pair of actuator chips. In the manufacturing method of the liquid ejecting head is characterized and.
In the first aspect, the size of each actuator chip can be reduced regardless of the size of the reservoir, and the number of actuator chips taken from one wafer increases. In addition, by cutting the flow path forming substrate wafer and the sealing substrate wafer in the region facing the slit holes, these wafers can be cut relatively easily.
本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記流路形成基板用ウェハ及び前記保護基板用ウェハを分割する工程よりも前に、少なくとも前記流路形成基板用ウェハの前記連通部及び前記保護基板用ウェハの前記スリット孔の内面に耐液体性の保護膜を形成する工程を有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第2の態様では、ウェハの状態でリザーバの内面を構成する部分に保護膜を形成することができ、製造効率が著しく向上する。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, before the step of dividing the flow path forming substrate wafer and the protective substrate wafer, at least the communication portion of the flow path forming substrate wafer and The method of manufacturing a liquid jet head includes a step of forming a liquid-resistant protective film on an inner surface of the slit hole of the protective substrate wafer.
In the second aspect, the protective film can be formed on the portion constituting the inner surface of the reservoir in the wafer state, and the manufacturing efficiency is remarkably improved.
本発明の第3の態様は、第1又は2の態様において、前記リザーバを形成する工程では、前記流路形成基板用ウェハ及び前記保護基板用ウェハの前記スリット孔側の切断面が露出されないように前記側面部分を封止することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第3の態様では、リザーバ内に供給された液体による流路形成基板及び保護基板の浸食が防止される。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, in the step of forming the reservoir, the cut surface on the slit hole side of the flow path forming substrate wafer and the protective substrate wafer is not exposed. In the method of manufacturing a liquid jet head, the side surface portion is sealed.
In the third aspect, erosion of the flow path forming substrate and the protective substrate by the liquid supplied in the reservoir is prevented.
本発明の第4の態様は、第1〜3の何れかの態様において、前記流路形成基板用ウェハの前記圧力発生室の前記流路とは反対側の端部外側に対応する領域には、各圧電素子群毎の前記圧電素子を駆動するための駆動ICが予め形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第4の態様では、駆動ICと圧電素子とを接続するための領域を確保する必要がなく、流路形成基板及び保護基板の面積をより小さくすることができる。したがって、1枚のウェハからのアクチュエータチップの取り数がさらに増加する。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the region corresponding to the outer side of the end of the pressure generating chamber of the flow path forming substrate wafer opposite to the flow path is provided. In the method of manufacturing a liquid jet head, a driving IC for driving the piezoelectric element for each piezoelectric element group is formed in advance.
In the fourth aspect, it is not necessary to secure a region for connecting the driving IC and the piezoelectric element, and the areas of the flow path forming substrate and the protective substrate can be further reduced. Therefore, the number of actuator chips taken from one wafer is further increased.
本発明の第5の態様は、第4の態様において、前記保護基板用ウェハには、前記圧電素子の並設方向で隣接する前記圧電素子群の間の領域のそれぞれに、前記流路形成基板の表面を露出する露出孔が予め形成され、前記流路形成基板用ウェハ及び前記保護基板用ウェハを分割する工程では、前記露出孔に対向する領域を含む所定領域を切断することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第5の態様では、露出孔に対向する領域の流路形成基板上で、駆動ICと外部配線とを接続することができる。また、露出孔に対向する領域で流路形成基板用ウェハ及び保護基板用ウェハを切断することで、これらのウェハをさらに容易に切断することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the flow path forming substrate is provided in each region between the piezoelectric element groups adjacent to the protective substrate wafer in the juxtaposition direction of the piezoelectric elements. In the step of dividing the flow path forming substrate wafer and the protective substrate wafer, a predetermined region including a region facing the exposed hole is cut. The method is for manufacturing a liquid jet head.
In the fifth aspect, the drive IC and the external wiring can be connected on the flow path forming substrate in the region facing the exposure hole. In addition, by cutting the flow path forming substrate wafer and the protective substrate wafer in a region facing the exposure hole, these wafers can be further easily cut.
本発明の第6の態様は、第1〜5の何れかの態様において、前記アクチュエータチップに分割する工程では、前記流路形成基板用ウェハ及び前記保護基板用ウェハをダイシングにより切断することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第6の態様では、ダイシングを用いることで切りしろが減少し、1枚のウェハからのアクチュエータチップの取り数をさらに増加させることが可能となる。
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, in the step of dividing the actuator chip, the flow path forming substrate wafer and the protective substrate wafer are cut by dicing. And a manufacturing method of the liquid jet head.
In the sixth aspect, the cutting margin is reduced by using dicing, and the number of actuator chips taken from one wafer can be further increased.
本発明の第7の態様は、液滴を吐出するノズル開口が穿設されたノズルプレートと、前記ノズル開口に連通する圧力発生室を具備する流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に設けられる圧電素子と、前記流路形成基板の前記一方面側に接合されて前記圧電素子群を保護する圧電素子保持部を有する保護基板とを具備する液体噴射ヘッドであって、前記流路形成基板と前記保護基板とからなり前記ノズルプレートに接合される一対のアクチュエータチップと、これら一対のアクチュエータチップの側面及び前記ノズルプレートの端面に跨って接合される側壁部材とを有し当該一対のアクチュエータチップ間に前記圧力発生室のそれぞれに連通するリザーバが形成されていると共に、前記流路形成基板及び前記保護基板の前記リザーバの内面を構成する端面がエッチング面で構成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第7の態様では、所望の大きさのリザーバを有する液体噴射ヘッドを比較的低コストで製造することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a flow path forming substrate having a nozzle plate having a nozzle opening for ejecting droplets, a pressure generating chamber communicating with the nozzle opening, and a flow path forming substrate. A liquid ejecting head comprising: a piezoelectric element provided on a surface side; and a protective substrate having a piezoelectric element holding portion that is bonded to the one surface side of the flow path forming substrate and protects the piezoelectric element group. A pair of actuator chips formed of a flow path forming substrate and the protective substrate and bonded to the nozzle plate; and sidewall members bonded across the side surfaces of the pair of actuator chips and the end surface of the nozzle plate A reservoir communicating with each of the pressure generating chambers is formed between a pair of actuator chips, and the reservoirs of the flow path forming substrate and the protective substrate are within the reservoirs. End surfaces constituting the is a liquid-jet head, characterized in that it is composed of etched surface.
In the seventh aspect, a liquid ejecting head having a reservoir having a desired size can be manufactured at a relatively low cost.
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図2は、図1の平面図及び断面図である。図示するように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インク滴が吐出されるノズル開口10が穿設されたノズルプレート11と、ノズル開口10に連通する圧力発生室12が形成された流路形成基板13及び流路形成基板13上に設けられた圧電素子14を保護する保護基板15とからなる一対のアクチュエータチップ16A,16Bとを有する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of FIG. As shown in the figure, the ink jet recording head of this embodiment includes a
そして、このような一対のアクチュエータチップ16A,16Bが、接着剤や熱溶着フィルム等を介して一枚のノズルプレート11上に所定間隔で接合され、アクチュエータチップ16A,16B間に各圧力発生室12の共通インク室となるリザーバ17が形成されている。すなわち、アクチュエータチップ16A,16Bの両側面側には、側壁部材18がノズルプレート11及び両アクチュエータチップ16A,16Bに跨って接合されてリザーバ17が形成されている。
Then, such a pair of
ここで、各アクチュエータチップ16A,16Bを構成する流路形成基板13は、本実施形態では、面方位(110)のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さが例えば約1.0μmの弾性膜19が形成されている。そして、流路形成基板13には、弾性膜19とは反対側の面から弾性膜19に達するまでエッチングすることにより、複数の圧力発生室12がその幅方向に沿って並設されている。また、圧力発生室12の長手方向一端部側には、リザーバ17に連通するインク供給路20が形成されている。なお、このインク供給路20は、圧力発生室12よりも狭い幅で形成されており、リザーバ17から圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
Here, in this embodiment, the flow
また、弾性膜19上には、厚さが例えば、約0.2μmの下電極膜21と、厚さが例えば、約1.0μmの圧電体層22と、厚さが例えば、約0.05μmの上電極膜23とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子14を構成している。ここで、圧電素子14は、下電極膜21、圧電体層22及び上電極膜23を含む部分をいう。一般的には、圧電素子14の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層22を各圧力発生室12毎にパターニングして構成する。また、本実施形態では、下電極膜21は圧電素子14の共通電極とし、上電極膜23を圧電素子14の個別電極としているが、配線の都合等でこれを逆にしても支障はない。なお、ここでは、圧電素子14と当該圧電素子14の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。
On the
また、本実施形態では、流路形成基板13のリザーバ17とは反対側の端部近傍には、圧電素子14を駆動するための駆動IC24が圧力発生室12の並設方向に亘って一体的に形成されている。そして、上電極膜23と駆動IC24との間には、例えば、金(Au)等からなるリード電極25が設けられ、このリード電極25を介して上電極膜23と駆動IC24とが電気的に接続されている。なお、下電極膜21は、圧力発生室12の列の外側でこの駆動IC24に対向する領域まで延設されて、駆動IC24と電気的に接続されている。また、圧力発生室の並設方向の流路形成基板13の端部近傍には、この駆動IC24から引き出される接続配線26が形成され、この接続配線26の端部近傍は外部配線を接続するための接続端子26aとなっている。
Further, in the present embodiment, a
一方、このような各流路形成基板13に接合される保護基板15は、圧電素子14に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部27を有する。そして、圧電素子14は、この圧電素子保持部27内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。また、本実施形態では、保護基板15のリザーバ17とは反対側の両隅部には、保護基板15が厚さ方向に亘って除去されて流路形成基板13の表面、すなわち、駆動IC24から延設された接続配線26の接続端子26aが露出される露出部28が形成されている。
このような保護基板15の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板13の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、本実施形態では、流路形成基板13と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
On the other hand, the
Examples of the material of the
そして、上述したように、このような流路形成基板13と保護基板15とからなる一対のアクチュエータチップ16A,16Bは、接着剤や熱溶着フィルム等を介して一枚のノズルプレート11上に所定間隔で接合され、このアクチュエータチップ16A,16Bの側面及びノズルプレート11に跨って、側壁部材18が接合されてリザーバ17が形成されている。なお、ノズルプレート11の材料は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、ステンレス鋼(SUS)の板材で形成されている。また、側壁部材18の材料は、特に限定されないが、樹脂材料等を用いることができ、本実施形態では、ポリフェニレンサルファイド(PPS)を用いている。
As described above, the pair of
また、このようなリザーバ17の内面を構成する流路形成基板13及び保護基板15の端面は、詳しくは後述するがエッチングによって露出されたエッチング面となっており、その表面には耐液体性(耐インク性)の保護膜29が設けられている。この保護膜29の材料としては、耐インク性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、本実施形態では、五酸化タンタル(Ta2O5)等の酸化タンタルを用いた。この五酸化タンタルの保護膜は、CVD法を用いて形成すると均一の膜厚で形成することが出来る。なお、本実施形態でいう耐インク性とは、アルカリ性のインクに対する耐エッチング性を意味する。
Further, the end surfaces of the flow
また、流路形成基板13及び保護基板15のリザーバ17側の端面には、側壁部材18側の端部近傍に、これら流路形成基板13及び保護基板15の表面が露出された露出面13a,15aが存在するが、この露出面13a,15aは側壁部材18によって覆われている。すなわち、本実施形態では、側壁部材18は、アクチュエータチップ16A,16B間の隙間に嵌合する凸部18aを有し、この凸部18aの端面によって露出面13a,15aが覆われている。したがって、リザーバ17の内面を構成する流路形成基板13及び保護基板15の表面は、保護膜29によって完全に覆われた状態となっている。なお、この保護膜29は、本実施形態では、圧力発生室12及びインク供給路20の内面にも連続的に設けられている。
In addition, on the end surfaces of the flow
そして、保護基板15及び側壁部材18上には、封止膜30及び固定板31とからなるコンプライアンス基板32が接合され、リザーバ17に対向する領域がこのコンプライアンス基板32によって覆われている。封止膜30は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚さが6μmのポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルム)からなり、この封止膜30によってリザーバ17の一方面が覆われている。また、固定板31は、金属等の硬質の材料(例えば、厚さが30μmのステンレス鋼(SUS)等)で形成される。この固定板31のリザーバ17に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部33となっており、リザーバ17の一方面は可撓性を有する封止膜31のみで覆われている。
A
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ17からノズル開口10に至るまで内部をインクで満たした後、駆動IC24からの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの下電極膜21と上電極膜23との間に電圧を印加し、弾性膜19、下電極膜21及び圧電体層22をたわみ変形させることにより、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口10からインク滴が吐出する。
In the ink jet recording head of this embodiment, after taking ink from an external ink supply means (not shown) and filling the interior from the
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、一対のアクチュエータチップ16A,16Bを形成し、その間の領域にリザーバ17を形成するようにしたので、リザーバ17を容易に所望の大きさとすることができる。また、リザーバ17の大きさに拘わらず、アクチュエータチップ16の面積を大きくする必要がないため、ノズル開口10を高密度に配列し多ノズル化した場合でも、比較的安価なインクジェット式記録ヘッドを製造することができる。
In such an ink jet recording head of this embodiment, the pair of
なお、上述したアクチュエータチップ16A,16Bを構成する流路形成基板13は、図3に示すように、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板用ウェハ130に複数個一体的に形成され、一方、保護基板15もシリコン単結晶基板からなる保護基板用ウェハ150に複数個一体的に形成される。そして、これらの流路形成基板用ウェハ130と保護基板用ウェハ150とを接合後、これら流路形成基板用ウェハ130と保護基板用ウェハ150とを所定領域で切断することにより、アクチュエータチップ16A,16Bが形成される。
In addition, as shown in FIG. 3, a plurality of flow
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図4及び図5を参照して説明する。なお、図4及び図5は、流路形成基板用ウェハ130及び保護基板用ウェハ150の一対のアクチュエータチップ16A,16Bが形成される領域の断面図である。まず、図4(a)に示すように、流路形成基板用ウェハ130上に弾性膜19を形成する。また、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ130の他方面側に、圧力発生室等を形成する際のマスクとなるマスク膜34を形成している。具体的には、流路形成基板用ウェハ130の両面にジルコニウム層を形成後、例えば、500〜1200℃の拡散炉で熱酸化して酸化ジルコニウムからなる弾性膜19及びマスク膜34を形成した。なお、圧電素子14を駆動するための駆動IC24は、流路形成基板用ウェハ130の所定位置に、例えば、半導体プロセスによって予め一体的に形成しておく。
Hereinafter, a method for manufacturing such an ink jet recording head will be described with reference to FIGS. 4 and 5 are cross-sectional views of regions where the pair of
次いで、図4(b)に示すように、例えば、白金とイリジウムとを弾性膜19上に積層することにより下電極膜21を形成後、この下電極膜21を所定形状にパターニングする。次に、図4(c)に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等からなる圧電体層22と、例えば、イリジウムからなる上電極膜23とを流路形成基板用ウェハ130の全面に形成する。次いで、図4(d)に示すように、圧電体層22及び上電極膜23を、各圧力発生室12に対向する領域にパターニングして圧電素子14を形成する。これにより、流路形成基板用ウェハ130には、複数の圧電素子14からなる圧電素子群が、所定間隔でマトリックス状に形成される。
Next, as shown in FIG. 4B, for example, after the
また、本実施形態では、圧電体層22及び上電極膜23のパターニングと同時に、駆動IC24に対向する領域の弾性膜19に、各圧電素子14から引き出されるリード電極25及び下電極膜21と駆動IC24との接続部となる接続孔35を形成する。また、図示しないが、接続配線26と駆動IC24との接続部となる接続孔も同時に形成する。
次に、図4(e)に示すように、リード電極25及び接続配線26を形成する。例えば、本実施形態では、金(Au)からなる金属層36を流路形成基板用ウェハ130の全面に亘って形成後、この金属層36をパターニングすることにより、各リード電極25及び接続配線26を形成する。
In the present embodiment, simultaneously with the patterning of the
Next, as shown in FIG. 4E,
次に、図5(a)に示すように、流路形成基板用ウェハ130の圧電素子14側に保護基板用ウェハ150を、接着層37を介して接合する。ここで、この保護基板用ウェハ150には、予め、各圧電素子14を圧電素子群毎にそれぞれ保護する圧電素子保持部27が設けられている。また、図6に示すように、一対のアクチュエータチップ16A,16Bとなる領域の各圧電素子保持部27A,27Bの間には、厚さ方向に貫通するスリット孔38がそれぞれ設けられている。さらに、本実施形態では、圧電素子14の幅方向で隣接する圧電素子保持部27の間には、接続端子26aが露出される露出孔39が予め形成されている(図6参照)。なお、このスリット孔38は、リザーバ17の幅よりも狭い幅で、且つ後述する工程で流路形成基板用ウェハ130及び保護基板用ウェハ150を切断する際の切りしろよりも広い幅で形成される。また、これら圧電素子保持部27、スリット孔38及び露出孔39の形成方法は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、保護基板用ウェハ150を異方性エッチングすることによって形成している。
Next, as shown in FIG. 5A, a
次に、図5(b)に示すように、所定形状にパターニングしたマスク膜34を介して流路形成基板用ウェハ130を異方性エッチングすることにより圧力発生室12を形成する。また、同時に、保護基板用ウェハ150のスリット孔38に対向する領域に連通部40を形成し、さらにこの連通部40と各圧力発生室12とを連通するようにインク供給路20を形成する。
Next, as shown in FIG. 5B, the
次いで、図5(c)に示すように、少なくともスリット孔38及び連通部40の内面、本実施形態では、さらに圧力発生室12及びインク供給路20の内面に、耐インク性の保護膜29を形成する。このような保護膜29の形成方法としては、比較的低い温度、例えば、100℃以下の温度で形成できる方法を用いることが好ましく、例えば、イオンアシスト蒸着、電子サイクロトロン共鳴スパッタ及び水平対向スパッタ等の物理的気相成長法(PVD)を挙げることができ、本実施形態では、イオンアシスト蒸着を用いた。
Next, as shown in FIG. 5C, an ink-resistant
次に、図7(a)に示すように、これら流路形成基板用ウェハ130及び保護基板用ウェハ150をダイシングにより切断して一対のアクチュエータチップ16A,16Bを一組とする複数のアクチュエータチップ16に分割する。具体的には、図6に示すように、流路形成基板用ウェハ130及び保護基板用ウェハ150を、保護基板用ウェハ150の各圧電素子保持部27の間の領域、すなわち、スリット孔38及び露出孔39に沿った領域を含む切断ライン(図中一点鎖線で示す)で切断することにより、各アクチュエータチップ16に分割する。
Next, as shown in FIG. 7A, the flow path forming
次いで、図7(b)に示すように、一対のアクチュエータチップ16A,16Bをスリット孔39に対向する領域で切断された側の端面が対向するように所定の間隔でノズルプレート11に接合する。そして、アクチュエータチップ16A,16Bの側面に凸部18aを有する側壁部材18を接合する。これにより、アクチュエータチップ16A,16B間には、実質的にスリット孔39及び連通部40によって構成されるリザーバ17が形成される(図2参照)。なお、側壁部材18を接合することにより、ダイシングにより切断することによって流路形成基板13及び保護基板15の表面が露出した露出面13a,15aは、側壁部材18の凸部18aによって覆われる。したがって、リザーバ17の内面を構成する流路形成基板13及び保護基板15の表面には、耐インク性の保護膜29が全面に設けられている状態となる。
なお、その後は、保護基板15及び側壁部材18上にコンプライアンス基板32を接合することにより、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとなる。
Next, as shown in FIG. 7B, the pair of actuator chips 16 </ b> A and 16 </ b> B are joined to the
After that, the
以上説明した本発明の製造方法では、一対のアクチュエータチップ16A,16Bを形成して、それらの間にリザーバ17を形成するようにしたので、各アクチュエータチップ16の面積を小さくすることができる。さらに、本実施形態では、圧電素子14を駆動するための駆動IC24を流路形成基板13に一体的に形成するようにしたので、圧電素子と駆動ICとを接続するためのスペースを削減することができ、さらにアクチュエータチップの面積を小さくすることができる。したがって、1枚のウェハあたりのアクチュエータチップの取り数を大幅に増加することができ、コストを著しく削減することができるため、安価なインクジェット式記録ヘッドを提供することができる。
In the manufacturing method of the present invention described above, the pair of
例えば、背景技術で説明したような、流路形成基板の両側にリザーバを有すると共に、中央部に圧電素子と駆動ICとの接続用の貫通孔を有するタイプのインクジェット式記録ヘッドでは、1枚のウェハから圧力発生室の列を2列具備するチップを44個製造することができる。これに対し、本発明の製造方法によれば、一対のアクチュエータチップ16A,16Bを71組製造することができた。
For example, in an ink jet recording head of a type having a reservoir on both sides of a flow path forming substrate and having a through-hole for connecting a piezoelectric element and a drive IC at the center as described in the background art, Forty-four chips having two rows of pressure generation chambers can be manufactured from the wafer. On the other hand, according to the manufacturing method of the present invention, 71 pairs of a pair of
(他の実施形態)
以上、本発明の各実施形態を説明したが、勿論、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、リザーバ17の内面等に保護膜29を設けるようにしたが、勿論、この保護膜は設けなくてもよい。また、上述した実施形態においては、本発明の液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを説明したが、液体噴射ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射するものにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(面発光ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
(Other embodiments)
As mentioned above, although each embodiment of the present invention was described, of course, the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the above-described embodiment, the
10 ノズル開口、 11 ノズルプレート、 12 圧力発生室、13 流路形成基板、 14 圧電素子、 15 保護基板、 16 アクチュエータチップ、 17 リザーバ、 18 側壁部材、 24 駆動IC、 29 保護膜、 32 コンプライアンス基板
DESCRIPTION OF
Claims (7)
流路形成基板用ウェハの一方面側に、前記一対の圧力発生室の列に対応する一対の圧電素子群をマトリックス状に形成する工程と、前記圧電素子保持部、及び前記一対の圧電素子群の間に対向する領域のそれぞれに設けられて前記リザーバよりも幅狭のスリット孔を有する保護基板用ウェハを前記流路形成基板用ウェハに接合する工程と、前記流路形成基板用ウェハに前記圧力発生室及び前記スリット孔に対向する領域に設けられる連通部とを含む流路を形成する工程と、前記スリット孔及び前記連通部に対向する領域を含む所定領域で前記流路形成基板用ウェハ及び前記保護基板用ウェハを切断して1列の前記圧電素子群を有するアクチュエータチップに分割する工程と、一対のアクチュエータチップを前記スリット孔側が対向するように所定間隔で配置して前記ノズルプレートに接合する工程と、前記アクチュエータチップの両側面に側壁部材を接合し前記一対のアクチュエータチップ間を塞ぐことにより前記リザーバを形成する工程とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 A nozzle plate having nozzle openings for discharging droplets; a flow path forming substrate having a row of pressure generating chambers communicating with the nozzle openings; and each pressure generating chamber on one side of the flow path forming substrate And a protective substrate having a piezoelectric element holding portion that is bonded to the one surface side of the flow path forming substrate and protects each piezoelectric element group. And a manufacturing method of a liquid ejecting head provided with a reservoir in which each of the pressure generation chambers communicates with each other between a pair of the pressure generation chambers,
Forming a pair of piezoelectric element groups corresponding to the row of the pair of pressure generating chambers in a matrix on one surface side of the flow path forming substrate wafer, the piezoelectric element holding portion, and the pair of piezoelectric element groups Bonding a protective substrate wafer having a slit hole narrower than the reservoir provided in each of the regions facing each other to the flow path forming substrate wafer; and Forming a flow path including a pressure generation chamber and a communication portion provided in a region facing the slit hole; and the flow path forming substrate wafer in a predetermined region including a region facing the slit hole and the communication portion. And a step of cutting the protective substrate wafer into actuator chips having a row of the piezoelectric element groups, and the pair of actuator chips so that the slit hole sides face each other. And a step of joining the nozzle plate at regular intervals, and a step of forming a reservoir by joining side wall members to both side surfaces of the actuator chip and closing the space between the pair of actuator chips. A method for manufacturing a liquid jet head.
前記流路形成基板と前記保護基板とからなり前記ノズルプレートに接合される一対のアクチュエータチップと、これら一対のアクチュエータチップの側面及び前記ノズルプレートの端面に跨って接合される側壁部材とを有し当該一対のアクチュエータチップ間に前記圧力発生室のそれぞれに連通するリザーバが形成されていると共に、前記流路形成基板及び前記保護基板の前記リザーバの内面を構成する端面がエッチング面で構成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
A nozzle plate having a nozzle opening for ejecting liquid droplets, a flow path forming substrate having a pressure generating chamber communicating with the nozzle opening, and a piezoelectric element provided on one side of the flow path forming substrate; A liquid ejecting head comprising: a protective substrate having a piezoelectric element holding portion that is bonded to the one surface side of the flow path forming substrate and protects the piezoelectric element group;
A pair of actuator chips formed of the flow path forming substrate and the protective substrate and bonded to the nozzle plate; and sidewall members bonded across the side surfaces of the pair of actuator chips and the end surface of the nozzle plate. A reservoir communicating with each of the pressure generating chambers is formed between the pair of actuator chips, and end surfaces constituting the inner surfaces of the reservoir of the flow path forming substrate and the protective substrate are formed by etching surfaces. A liquid jet head characterized by that.
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