JP2015104876A - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 穴が形成された基板に対して支持体で支持されたドライフィルムを転写し、ドライフィルムから支持体を剥離する際に、ドライフィルムが変形することを抑制し、良好な形状の液体吐出ヘッドを製造すること。【解決手段】 液体吐出ヘッドの製造方法であって、穴が形成された基板に対して、支持体で支持されたドライフィルムを転写するドライフィルムの転写工程と、前記基板に転写したドライフィルムから前記支持体を剥離する支持体の剥離工程と、を有し、前記支持体の剥離工程において、前記ドライフィルムを前記基板の穴を形成する壁面に接触させることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。【選択図】 図２

Description

本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法に関するものである。

液体吐出ヘッドはインクジェット記録装置等の液体吐出装置に用いられ、流路形成部材と基板とを有する。流路形成部材は基板の上に設けられており、液体の流路や、場合によっては吐出口を形成している。基板には液体供給口が形成されており、液体供給口から流路に供給された液体は、吐出口から吐出されて紙等の記録媒体に着弾する。

このような液体吐出ヘッドの製造方法として、特許文献１には、基板に対してドライフィルムを転写し、転写したドライフィルムから流路形成部材を形成する方法が記載されている。基板に転写する前のドライフィルムは支持体で支持されており、基板に転写した後、支持体はドライフィルムから剥離される。このようにして基板の上にドライフィルムを残し、さらにドライフィルムをフォトリソグラフィー等によってパターニングすることにより、流路形成部材を形成する。

特開２００６−１３７０６５号公報

基板には液体供給口を形成するが、基板の上に流路形成部材を形成した後で液体供給口を形成する場合には、液体供給口を形成する工程で流路形成部材を保護する必要がある。その為、基板に液体供給口となる穴を先に形成し、その後で基板の上に流路形成部材を形成する方法がある。

しかしながら、本発明者らの検討によれば、ドライフィルムから支持体を剥離する工程において、ドライフィルムが支持体側に引っ張られて変形（破損）することがあった。特に、穴の上部、即ち基板表面における穴の開口の上部において、ドライフィルムが変形する傾向が見受けられた。流路形成部材をドライフィルムで形成した場合、ドライフィルムが変形すると流路形成部材が変形し、良好な形状の液体吐出ヘッドを製造することが困難となる。また、ドライフィルムは液体の流路の型材として用いることも考えられるが、この場合にはドライフィルムが変形することで液体の流路の形状が変形してしまい、やはり良好な形状の液体吐出ヘッドを製造することが困難となる。

従って、本発明は、穴が形成された基板に対して支持体で支持されたドライフィルムを転写し、ドライフィルムから支持体を剥離する際に、ドライフィルムが変形することを抑制し、良好な形状の液体吐出ヘッドを製造することを目的とする。

上記課題は、以下の本発明によって解決される。即ち本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法であって、穴が形成された基板に対して、支持体で支持されたドライフィルムを転写するドライフィルムの転写工程と、前記基板に転写したドライフィルムから前記支持体を剥離する支持体の剥離工程と、を有し、前記支持体の剥離工程において、前記ドライフィルムを前記基板の穴を形成する壁面に接触させることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法である。

本発明によれば、穴が形成された基板に対して支持体で支持されたドライフィルムを転写し、ドライフィルムから支持体を剥離する際に、ドライフィルムが変形することを抑制し、良好な形状の液体吐出ヘッドを製造することができる。

本発明で製造する液体吐出ヘッドの一例を示す図である。 本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す図である。 本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

図１に、本発明で製造する液体吐出ヘッドの一例を示す。液体吐出ヘッドは、基板４と、流路形成部材１６とを有する。基板４はシリコン等で形成されている。基板４の表面（上面）を第一面とする。基板４の第一面側には、エネルギー発生素子５が形成されている。基板の第一面は結晶方位が（１００）の面であることが好ましい。即ち、基板４はシリコンの（１００）基板であることが好ましい。エネルギー発生素子５としては発熱抵抗体や圧電素子が挙げられ、基板の第一面と接するように形成されていても、基板の第一面に対して一部中空状に形成されていてもよい。また、基板の第一面側にはバンプ１５が形成されており、バンプ１５を介して基板外部から供給された電力によってエネルギー発生素子が駆動する。基板には第一面とその裏面である第二面とを貫通する液体供給口である穴１４が形成されている。液体供給口から供給された液体は、駆動したエネルギー発生素子によってエネルギーを与えられ、流路形成部材１６に形成された液体吐出口１３から吐出される。

次に、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法を説明する。図２は、図１の液体吐出ヘッドのＡ−Ａ´で示す部分に対応した断面図である。

まず、図２（Ａ）に示すように、第一面側にエネルギー発生素子５を有する基板４を用意する。エネルギー発生素子５はＳｉＮやＳｉＯ_２等で形成される保護膜３で覆われている。基板４には、穴１４が形成されており、穴１４は基板４の第一面に開口している。図２においては、穴１４は液体供給口である。図２（Ａ）では、穴１４として基板の第一面から第二面まで貫通した貫通穴を示しているが、貫通穴でなくてもよい。但し、製造過程で密閉空間を形成しないことを考慮すると、貫通穴であることが好ましい。穴の形成方法としては、レーザー加工、反応性イオンエッチング、サンドブラスト、ウェットエッチング等が挙げられる。図２（Ａ）では、基板４がシリコンの（１００）基板であり、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）を用いたウェットエッチングによって穴を形成した例を示している。シリコンの（１００）基板をＴＭＡＨやＫＯＨ（水酸化カリウム）等のアルカリ溶液でエッチングすると、異方性エッチングによって図２（Ａ）に示すようなテーパー形状の穴を形成することができる。このようなテーパー形状の穴であれば、支持体の剥離工程におけるドライフィルムの変形を良好に抑制することができる。特に、第一面と平行な断面が第一面側から第二面側に向かって幅が広がるテーパー形状であることがより好ましい。

次に、図２（Ｂ）に示すように、支持体１で支持されたドライフィルム２を用意する。支持体１としては、フィルム、ガラス、シリコン等が挙げられる。後で剥離することを考えると、フィルムであることが好ましい。フィルムとしてはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）フィルムやポリイミドフィルム、ポリアミドフィルム、ポリアラミドフィルム等が挙げられる。また、支持体１をドライフィルム２から剥離しやすくするために、支持体１の表面に離型処理を施してもよい。

ドライフィルム２は、樹脂をフィルム状にしたものである。ドライフィルム２を形成する樹脂は、感光性樹脂であることが好ましい。また、樹脂の軟化点が４０℃以上１２０℃以下であることが好ましい。さらに、有機溶媒に溶解しやすい樹脂であることが好ましい。このような樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。エポキシ樹脂としてはビスフェノールＡ型やクレゾールノボラック型や脂環式のエポキシ樹脂、アクリル樹脂としてはポリメチルメタクリレート、ウレタン樹脂としてはポリウレタン等が挙げられる。これら樹脂を溶解する溶媒としては、ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールメチルエーテルアセテート）、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、キシレン等が挙げられる。樹脂を溶媒に溶解させた樹脂組成物の粘度は５ｃＰ以上１５０ｃＰ以下であることが好ましい。樹脂組成物を支持体上にスピンコートやスリットコート法で塗布し、これを例えば５０℃以上で乾燥することで、支持体上にドライフィルム２を形成する。支持体上のドライフィルムの乾燥後の厚みは、５μｍ以上３０μｍ以下とすることが好ましい。

支持体１で支持されたドライフィルム２を用意した後、図２（Ｃ）に示すように、穴１４が形成された基板４に対して、ドライフィルム２を転写する。穴１４は、転写されたドライフィルム２によって塞がれる。即ち、ドライフィルム２が穴１４の蓋となる。ここで、ドライフィルム２は、基板４の穴１４を形成する壁面１４´に接触させる。ドライフィルム２を壁面１４´に接触させる為には、例えばドライフィルム２を基板４に接触させながら、ドライフィルム２を加熱する方法がある。加熱温度は、ドライフィルム２の軟化点よりも高い温度であることが好ましい。他には、ドライフィルム２を基板４に接触させながら、ドライフィルム２を基板４の方向に変形させる圧力を加える方法がある。基板の方向への加圧は、気泡の排出性を考慮して、ロール方式の転写や真空下での転写で行うことが好ましい。加熱及び加圧は、同時に行うことが好ましい。このような方法により、ドライフィルム２を穴１４に沈み込ませ、図２（Ｃ）に示すように、ドライフィルム２を壁面１４´に接触させる。

ドライフィルム２を壁面１４´に接触させた後、ドライフィルム２から支持体１を剥離する支持体の剥離工程を行う。この際、ドライフィルム２の一部が穴１４に沈み込み、ドライフィルム２が壁面１４´に接触していることで、支持体を剥離した際に、ドライフィルム２が基板４の穴１４に引っかかって保持されるような構成となり、ドライフィルム２が変形しにくくなる。

ドライフィルム２が壁面１４´に接触すると、ドライフィルム２の穴１４に沈み込んだ部分を含む領域（Ｂ）、即ちドライフィルム２の穴の上の厚みは、それ以外の領域、例えば基板４の上の領域（Ｃ）に対して厚みが厚くなる。ドライフィルム２のうち、穴１４の上の領域（Ｂ）の厚みは、５μｍ以上３０μｍ以下とすることが好ましい。５μｍ以上とすることで、ドライフィルム２を壁面１４´に良好に接触させることができ、支持体１の剥離時のドライフィルム２の変形をより抑制することができる。より好ましくは、１０μｍ以上である。ドライフィルム２のうち、基板４の上の領域（Ｃ）の厚みは、流路の高さとなる。従って、この部分の厚みは３μｍ以上２５μｍ以下とすることが好ましい。より好ましくは、２０μｍ以下である。ドライフィルム２は、基板４の表面から穴１４の方向に２μｍ以上入っていることが好ましい。より好ましくは５μｍ以上である。また、好ましくは２５μｍ以下であり、より好ましくは２０μｍ以下である。尚、厚みや長さに関しては、基板４の表面と垂直方向に関する厚みや長さである。

次に、ドライフィルム２に流路パターンを形成する。流路パターンの形成は、図２（Ｄ）に示すように、液体吐出口とエネルギー発生素子との位置関係を精度よく形成するために、フォトリソグラフィーによって形成することが好ましい。ここでは、マスク６を用いてドライフィルム２に光を照射し、流路パターンを形成している。ドライフィルム２には、露光領域８と非露光領域７とが形成される。ドライフィルム２がネガ型感光性樹脂の場合、露光領域８が流路形成部材の一部となり、非露光領域７が液体流路１０の一部となる。

次に、図２（Ｅ）に示すように、流路パターンを形成したドライフィルム２の上に、部材９を形成する。ここでは、部材９としてドライフィルム２（以下、第１のドライフィルムとする）と異なる第２のドライフィルムを用いた例を示す。第２のドライフィルムは支持体１に支持されており、第２のドライフィルムを第１のドライフィルム上に転写した後、支持体１を剥離する。部材９は、例えば液状の樹脂組成物を第１のドライフィルム上に塗布し、これを乾燥させることで形成することができる。部材９の第１のドライフィルム上への形成は、スピンコート法やスリットコート法等による塗布、或いはラミネート法やプレス法等による転写によって形成する。

次に、図２（Ｆ）に示すように、部材９に液体吐出口を形成する領域を形成する。部材９をネガ型感光性樹脂で形成した場合、図２（Ｆ）に示すようにマスク６を用いた露光を行う。他にも、レーザーや反応性イオンエッチングによって部材９に液体吐出口を形成してもよい。

次に、図２（Ｇ）のように、ドライフィルム２と部材９とを現像液に浸すことで、現像を行う。これにより、液体流路１０や液体吐出口１３が形成される。現像液としては、ＰＧＭＥＡ、テトラハイドロフラン、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、キシレン等が挙げられる。液体流路１０は、ドライフィルム２で形成された部材１１によって形成されている。液体吐出口１３は、部材９で形成された部材１９で形成されている。部材１１と部材１９とで、図１に示す流路形成部材１６となる。部材１９から液体流路１０側に、壁１２が延在している。壁１２は、ドライフィルム２で形成されている。

最後に、電気的接続等を行い、液体吐出ヘッドが製造される。本発明で製造される液体吐出ヘッドは、流路形成部材１６を形成するドライフィルムが変形しにくいので、得られる液体吐出ヘッドも、変形の少ない良好なものとなる。また、図２（Ｇ）に示すように、壁１２を液体流路にせり出すように配置することもできる。具体的には、ドライフィルム２を穴１４に沈み込ませた分だけ、壁１２を基板４の表面から液体流路側に延在させることができる。

以下、本発明をより具体的に説明する。

＜実施例１＞
まず、図２（Ａ）に示すように、第一面側にＴａＳｉＮからなるエネルギー発生素子５を有する基板４を用意した。基板４としてはシリコンの（１００）基板を用い、基板４はＳｉＮで形成された保護膜３を有する。また、基板４には、２２質量％のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）によって、液体供給口となる穴１４を形成しておいた。穴１４は貫通穴であり、テーパー形状である。

次に、図２（Ｂ）に示すように、支持体１と、支持体１に支持されたドライフィルム２とを用意した。支持体１はＰＥＴを用いた。ドライフィルム２は、ＰＥＴ上に、エポキシ樹脂（大日本インキ製、商品名；Ｎ−６９５）及び光酸発生剤（サンアプロ製、商品名；ＣＰＩ−２１０Ｓ）をＰＧＭＥＡに溶解させた溶液を塗布し、乾燥させることで形成した。支持体１上のドライフィルム２の乾燥後の厚みは、６μｍとした。

次に、図２（Ｃ）に示すように、穴１４が形成された基板４に対し、ドライフィルム２を転写した。転写は、ロール式ラミネーター（タカトリ製、商品名；ＶＴＭ−２００）にて行い、ドライフィルム２の温度を１２０℃、基板の方向への加圧による圧力を０．４ＭＰａとした。この結果、ドライフィルム２のうち、穴１４に沈み込んだ部分を含む領域（Ｂ）の厚みは、６μｍとなった。ドライフィルム２のうち、基板４の上の領域（Ｃ）の厚みは５μｍとなった。ドライフィルム２は、壁面１４´に接触していた。基板４の表面と垂直方向に関して、ドライフィルム２は、基板４の表面から穴１４の方向に１μｍ入っていた。ドライフィルム２が壁面１４´に接触した状態で、２５℃の環境でドライフィルム２から支持体１を剥離した。

次に、図２（Ｄ）に示すように、ドライフィルム２が壁面１４´に接触した状態で、露光装置（キヤノン製、商品名；ＦＰＡ−３０００ｉ５＋）を用い、マスク６を介して、露光波長３６５ｎｍの光を５０００Ｊ／ｍ^２の露光量でドライフィルム２に露光を行った。その後、５０℃５分のベークを行い、ドライフィルム２の露光領域８が流路形成部材の一部、非露光領域７が液体流路１０となるように、ドライフィルム２に潜像させた。また、穴１４の上のドライフィルムも露光し、一部を残すようにした。

次に、図２（Ｅ）に示すように、ＰＥＴである支持体１上に形成された部材９を、ドライフィルム２上にロール式ラミネーターで形成した。部材９としては、ドライフィルム（第２のドライフィルム）を用いた。第２のドライフィルムは、エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン製、商品名；１５７Ｓ７０）と光酸発生剤（サンアプロ製、商品名；ＬＷ−Ｓ１）と溶剤（ＰＧＭＥＡ）とを有する塗工液をＰＥＴ上に塗工し、乾燥させることで形成した。また、第２のドライフィルムはドライフィルム２（第１のドライフィルム）と感度を異ならせ、第１のドライフィルムの感度の３倍以上とした。

次に、図２（Ｆ）に示すように、露光装置（キヤノン製、商品名；ＦＰＡ−３０００ｉ５＋）にて、マスク６を介して、露光波長３６５ｎｍの光を１０００Ｊ／ｍ^２の露光量で第２のドライフィルムに露光を行った。その後、９０℃５分のベークを行い、第２のドライフィルムの露光領域８を吐出口形成部材、非露光領域７を液体吐出口となるように、第２のドライフィルムを潜像させた。

次に、図２（Ｇ）のように、ドライフィルム２と部材９とを現像液であるＰＧＭＥＡに浸すことで、現像を行った。これにより、液体流路１０及び液体吐出口１３を形成した。液体流路１０は、ドライフィルム２で形成された部材１１によって形成されていた。液体吐出口１３は、部材９で形成された部材１９で形成されていた。部材１９から穴１４側に、壁１２が延在していた。壁１２は、液体流路１０の壁であり、穴１４の上に一部残したドライフィルム２で形成されたものである。また、部材１１と部材１９とで、流路形成部材を形成していた。

最後に、電気的接続等を行い、液体吐出ヘッドを形成した。形成した液体吐出ヘッドでは、壁１２の先端は、基板４の表面よりも穴１４の側に位置していた。また、液体流路の変形等は認められなかった。

＜実施例２＞
図３に示すようにして、液体吐出ヘッドを製造した。実施例１における図２（Ａ）〜（Ｃ）までは、基本的に同様とした。但し、実施例１ではドライフィルム２を用いたが、実施例２では組成を変更し、ドライフィルム２のかわりに、樹脂をポジ型感光性樹脂（東京応化工業製、商品名；ＯＤＵＲ）としたドライフィルム１７を用いた。ドライフィルム１７のうち、穴１４に沈み込んだ部分を含む領域の厚みは、６μｍとなった。ドライフィルム１７のうち、基板４の上の領域の厚みは５μｍとなった。ドライフィルム１７は、壁面１４´に接触していた。基板４の表面と垂直方向に関して、ドライフィルム１７は、基板４の表面から穴１４の方向に１μｍ入っていた。ドライフィルム１７が壁面１４´に接触した状態で、２５℃の環境でドライフィルム１７から支持体１を剥離した。

次に、図３（Ａ）に示すように、露光装置（キヤノン製、商品名；ＦＰＡ−３０００ｉ５＋）を用い、マスク６を介して、露光波長３６５ｎｍの光を５０００Ｊ／ｍ^２の露光量でドライフィルム２に露光を行った。

次に、図３（Ｂ）に示すように、ドライフィルム１７が壁面１４´に接触した状態で、ドライフィルム１７をメチルイソブチルケトンで現像した。ドライフィルム１７はポジ型感光性樹脂で形成されているので、露光領域８が現像除去された。このようにパターニングを行い、残ったドライフィルム１７を液体流路の型材とした。型材は穴１４の上に形成される。型材は一部除去され、空間を形成している。

次に、図３（Ｃ）に示すように、被覆層１８を、エポキシ樹脂（ダイセル化学製、商品名；ＥＨＰＥ−３１５０）及びキシレンを有するネガ型感光性樹脂で形成した。被覆層１８は、ドライフィルム１７を覆うようにスピンコートで塗布することで形成した。被覆層１８は型材が一部除去された空間も充填した。

次に、図３（Ｄ）に示すように、被覆層１８を、露光装置（キヤノン製、商品名；ＦＰＡ−３０００ｉ５＋）にて、マスク６を介して、露光波長３６５ｎｍの光を４０００Ｊ／ｍ^２の露光量で露光した。その後、９０℃５分のベークを行い、被覆層１８の露光領域８を吐出口形成部材、非露光領域７を液体吐出口となるように、被覆層１８を潜像させた。

次に、図３（Ｅ）に示すように、メチルイソブチルケトンとキシレンとの混合液による６０秒のパドル現像により、液体吐出口１３を形成した。続いて、乳酸メチルに６０分間浸漬させ、液体流路１０を形成した。このようにして、流路形成部材１６を形成した。流路形成部材１６から穴１４側に、壁１２が延在していた。壁１２は、液体流路１０の壁であり、穴１４の上のドライフィルム１７を除去し、被覆層で充填した部分で形成されたものである。

最後に、電気的接続等を行い、液体吐出ヘッドを形成した。形成した液体吐出ヘッドでは、壁１２の先端は、基板４の表面よりも穴１４の側に位置していた。また、液体流路の変形等は認められなかった。

Claims (13)

1. 液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   穴が形成された基板に対して、支持体で支持されたドライフィルムを転写するドライフィルムの転写工程と、
   前記基板に転写したドライフィルムから前記支持体を剥離する支持体の剥離工程と、を有し、
   前記支持体の剥離工程において、前記ドライフィルムを前記基板の穴を形成する壁面に接触させることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記ドライフィルムを前記基板に接触させながら前記基板の方向に加圧することで、前記ドライフィルムを前記基板の穴を形成する壁面に接触させる請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記ドライフィルムを前記基板に接触させながら加熱する請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記加熱の温度は、前記ドライフィルムの軟化点よりも高い温度である請求項３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記ドライフィルムが前記基板の穴を形成する壁面に接触した際、前記基板の表面と垂直方向に関して、前記ドライフィルムの前記穴の上の厚みは、前記ドライフィルムの基板の上の厚みよりも厚い請求項１乃至４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記基板の表面と垂直方向に関して、前記ドライフィルムの前記穴の上の厚みは、５μｍ以上３０μｍ以下である請求項１乃至５のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 前記基板の表面と垂直方向に関して、前記ドライフィルムの前記基板の上の厚みは、３μｍ以上２５μｍ以下である請求項１乃至６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
8. 前記ドライフィルムは、感光性樹脂で形成されている請求項１乃至７のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
9. 前記ドライフィルムによって、液体流路を形成する流路形成部材を形成する請求項１乃至８のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
10. 前記ドライフィルムによって、液体流路の型材を形成する請求項１乃至８のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
11. 前記ドライフィルムが前記基板の穴を形成する壁面に接触した状態で、前記穴の上のドライフィルムを一部残し、残したドライフィルムで液体流路の壁を形成する請求項１乃至１０のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
12. 前記ドライフィルムが前記基板の穴を形成する壁面に接触した状態で、前記穴の上のドライフィルムを一部除去し、除去した空間を充填することで、充填した部分で液体流路の壁を形成する請求項１乃至１０のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
13. 前記基板の表面と垂直方向に関して、前記壁の先端は、前記基板の表面よりも前記穴の側に位置している請求項１１または１２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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