JP2019089309A - Mems device, liquid jet head, liquid jet device, and manufacturing method of the mems device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、MEMSデバイス、MEMSデバイスの一例である液体噴射ヘッド、当該液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置、及びMEMSデバイスの製造方法に関する。 The present invention relates to a MEMS device, a liquid jet head which is an example of a MEMS device, a liquid jet apparatus including the liquid jet head, and a method of manufacturing the MEMS device.
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスの一例であるインクジェット式記録ヘッドは、液体を貯留する圧力発生室が形成された流路形成基板と、流路形成基板の一方面側に設けられた機能素子(圧電素子)とを有し、機能素子(圧電素子)を駆動することによって圧力発生室内の液体に圧力変化を生じさせ、圧力発生室に連通されたノズルから液滴を噴射する。 An ink jet recording head, which is an example of a micro electro mechanical systems (MEMS) device, includes a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber for storing liquid is formed, and a functional element provided on one side of the flow path forming substrate The piezoelectric element is driven to generate a pressure change in the liquid in the pressure generating chamber by driving the functional element (piezoelectric element), and the liquid droplets are ejected from the nozzle communicated with the pressure generating chamber.
このようなインクジェット式記録ヘッドに用いられる圧電素子としては、流路形成基板上に成膜及びフォトリソグラフィ法によって形成された薄膜形のものが提案されている。薄膜形の圧電素子を用いることで、圧電素子を高密度に配置することが可能となる反面、高密度に配置した圧電素子と駆動回路との電気的な接続が困難になる。 As a piezoelectric element used in such an ink jet recording head, a thin film type formed on a flow path forming substrate by film formation and photolithography has been proposed. The use of a thin film piezoelectric element makes it possible to arrange the piezoelectric elements at a high density, but makes it difficult to electrically connect the piezoelectric elements arranged at a high density to the drive circuit.
例えば、特許文献1に記載のインクジェット式記録ヘッドは、圧力発生室や圧電素子が設けられた流路形成基板と、圧電素子を駆動する駆動回路が設けられた駆動回路基板とを備え、駆動回路と圧電素子とが駆動回路基板に設けられたバンプを介して電気的に接続されている。さらに、バンプは圧電素子の周囲領域に複数配置され、複数のバンプの間に封止材(接着剤)が充填されている。 For example, an ink jet recording head described in Patent Document 1 includes a flow path forming substrate provided with a pressure generation chamber and a piezoelectric element, and a drive circuit substrate provided with a drive circuit for driving the piezoelectric element, and a drive circuit. And the piezoelectric element are electrically connected via bumps provided on the drive circuit substrate. Furthermore, a plurality of bumps are disposed in the peripheral region of the piezoelectric element, and a sealing material (adhesive) is filled between the plurality of bumps.
駆動回路と圧電素子との接続にバンプを用いることで、高密度に配置した圧電素子と駆動回路とを容易に電気的に接続することができる。さらに、接着剤は、流路形成基板と駆動回路基板との間に配置され、圧電素子を大気から遮断し防湿する。しかしながら、接着剤を硬化させるために接着剤を高温にすると、圧電素子を密閉した空間(以下、封止空間)内の気体が膨張し、接着剤が硬化する前に駆動回路と圧電素子とが位置ずれしてしまうおそれがある。
そこで、この封止空間内の圧力上昇を防ぐために、駆動回路基板に、封止空間を大気解放するための貫通穴を設けることがある。
By using the bumps for connection between the drive circuit and the piezoelectric element, it is possible to easily electrically connect the piezoelectric element and the drive circuit arranged at high density. Furthermore, the adhesive is disposed between the flow path forming substrate and the drive circuit substrate, and shields the piezoelectric element from the atmosphere to protect it from moisture. However, when the adhesive is heated to a high temperature in order to cure the adhesive, the gas in the space which seals the piezoelectric element (hereinafter referred to as a sealed space) expands and the drive circuit and the piezoelectric element There is a risk of misalignment.
Therefore, in order to prevent the pressure rise in the sealed space, a through hole for releasing the sealed space to the atmosphere may be provided in the drive circuit substrate.
しかしながら、当該駆動回路基板の大気解放の貫通穴によって、液体や気体が侵入し、駆動回路や圧電素子(機能素子)に対する防湿が不十分になるおそれがある。 However, there is a possibility that liquid or gas may intrude through the open hole of the drive circuit substrate to the atmosphere, and the moisture resistance to the drive circuit or the piezoelectric element (functional element) may be insufficient.
さらに、インクジェット式記録ヘッド以外のMEMSデバイス、例えばSAW(Surface Acoustic Wave)発振器においても同様の課題が存在する。特許文献2に記載のSAW発振器は、MEMSデバイスの一例であり、SAW素子(表面弾性波素子(機能素子))やバンプが設けられた半導体基板と封止基板とを備え、バンプによって高密度実装が実現され、半導体基板と封止基板とを接合する封止部材(接着剤)によってSAW素子(機能素子)の表面酸化や水分子との結合が抑制されている。例えば、接着剤によって二つの基板を接合し、駆動可能な信号を安定して機能素子に供給し、且つ機能素子の劣化を抑制することができる。SAW発振器に、大気解放の貫通穴を有していると、SAW素子(機能素子)の表面酸化や水分子との結合の抑制が不十分になるおそれがあった。
Furthermore, the same problem exists in MEMS devices other than ink jet recording heads, for example, SAW (Surface Acoustic Wave) oscillators. The SAW oscillator described in
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve at least a part of the above-described problems, and can be realized as the following modes or application examples.
本適用例に係るMEMSデバイスは、第1電極を有する第1基板と、第2電極を有し、前記第1基板との間に前記第1電極と、前記第2電極とを積層配置する第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に配置され、前記第1電極と前記第2電極とを電気的に接続する第3電極と、前記第1基板と前記第2基板との間に配置された圧電素子と、前記第1基板と前記第2基板とを接着する接着剤と、を備え、前記第1基板と前記第2基板との間の空間において、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極、および、前記圧電素子が含まれ、前記第1基板、前記第2基板、および、前記接着剤によって大気から遮断された閉空間として構成されている第1空間と、前記第1基板と前記第2基板との間の空間において、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極、および、前記圧電素子のいずれも含まれず、前記第1基板と、前記第2基板との少なくとも一方を貫通する貫通孔により大気と連通している第2空間と、が配置されるように形成されていることを特徴とする。 A MEMS device according to this application example includes a first substrate having a first electrode and a second electrode, and the first electrode and the second electrode are stacked and arranged between the first substrate and the first substrate. A second substrate, a third electrode disposed between the first substrate and the second substrate and electrically connecting the first electrode and the second electrode, the first substrate and the second substrate And an adhesive for bonding the first substrate and the second substrate, wherein the first element is disposed in a space between the first substrate and the second substrate. An electrode, the second electrode, the third electrode, and the piezoelectric element, and the first substrate, the second substrate, and a closed space shielded from the atmosphere by the adhesive; A first space, and a space between the first substrate and the second substrate, the first electrode; A second space which does not include any of the electrode, the third electrode, and the piezoelectric element, and which is in communication with the atmosphere by a through hole penetrating at least one of the first substrate and the second substrate; It is characterized in that it is formed to be arranged.
本適用例に係る液体噴射ヘッドは、上記適用例に記載のMEMSデバイスを備えることを特徴とする。 A liquid jet head according to this application example includes the MEMS device described in the application example.
本適用例に係る液体噴射装置は、上記適用例に記載の液体噴射ヘッドを備えていることを特徴とする。 The liquid ejecting apparatus according to this application example includes the liquid ejecting head described in the above application example.
本適用例に記載のMEMSデバイスの製造方法は、第1電極を有する第1基板と、第2電極を有し、前記第1基板との間に前記第1電極と、前記第2電極とを積層配置する第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に配置され、前記第1電極と前記第2電極とを電気的に接続する第3電極と、前記第1基板と前記第2基板との間に配置された圧電素子と、前記第1基板と前記第2基板とを接着する接着剤と、を含む製造方法であって、前記第1基板と前記第2基板との間の空間において、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極、および、前記圧電素子が含まれる第1空間は、前記第1基板、前記第2基板、および、前記接着剤によって大気から遮断された閉空間として構成し、前記第1基板と前記第2基板との間の空間において、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極、および、前記圧電素子のいずれも含まれない第2空間は、前記第1基板と、前記第2基板との少なくとも一方を貫通する貫通孔を形成し大気と連通させる工程と、前記接着剤を熱硬化する工程と、を含むことを特徴とする。 A method of manufacturing a MEMS device according to the application example includes a first substrate having a first electrode, a second electrode, and the first electrode and the second electrode between the first substrate and the first substrate. A second substrate to be stacked, a third electrode disposed between the first substrate and the second substrate, and electrically connecting the first electrode and the second electrode, and the first substrate A manufacturing method comprising: a piezoelectric element disposed between the second substrate and an adhesive for bonding the first substrate and the second substrate, wherein the first substrate and the second substrate The first space in which the first electrode, the second electrode, the third electrode, and the piezoelectric element are contained is the space between the first substrate, the second substrate, and the adhesive. In the space between the first substrate and the second substrate, it is configured as a closed space shielded from the atmosphere A second space not including any of the first electrode, the second electrode, the third electrode, and the piezoelectric element is a through hole penetrating at least one of the first substrate and the second substrate. Forming and communicating with the atmosphere, and heat curing the adhesive.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の各図においては、各層や各部位を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部位の縮尺を実際とは異ならせしめてある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Such an embodiment shows one aspect of the present invention, does not limit the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the technical idea of the present invention. Further, in the following drawings, the scale of each layer or each part is made different from the actual scale in order to make each layer or each part recognizable in the drawing.
(実施形態1)
「プリンターの概要」
図1は、実施形態1に係る液体噴射装置(以下、プリンターと称す)の構成を示す概略図である。最初に、図1を参照し、「液体噴射装置」の一例であるプリンター1の概要について説明する。
本実施形態に係るプリンター1は、記録紙などの記録媒体2に「液体」の一例であるインクを噴射し、記録媒体2上に画像などの記録(印刷)を行うインクジェット式記録装置である。
(Embodiment 1)
"Overview of Printer"
FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of a liquid ejecting apparatus (hereinafter, referred to as a printer) according to the first embodiment. First, with reference to FIG. 1, an outline of a printer 1 which is an example of the “liquid ejecting apparatus” will be described.
The printer 1 according to the present embodiment is an ink jet recording apparatus that ejects an ink, which is an example of “liquid”, to a
図1に示すように、プリンター1は、記録ヘッド3、記録ヘッド3が取り付けられるキャリッジ4、キャリッジ4を主走査方向に移動させるキャリッジ移動機構5、記録媒体2を副走査方向に移送する搬送機構6などを備えている。ここで、上記のインクは、液体供給源としてのインクカートリッジ7に貯留されている。インクカートリッジ7は、記録ヘッド3に対して着脱可能に装着される。
なお、記録ヘッド3は、「MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイス」であり、「液体噴射ヘッド」の一例を構成している。さらに、インクカートリッジがプリンターの本体側に配置され、当該インクカートリッジからインク供給チューブを通じてインクが記録ヘッド3に供給される構成であってもよい。
As shown in FIG. 1, the printer 1 includes a
The
キャリッジ移動機構5は、タイミングベルト8を備え、DCモーターなどのパルスモーター9により駆動される。キャリッジ4は、パルスモーター9が作動すると、プリンター1に架設されたガイドロッド10に案内されて、主走査方向(記録媒体2の幅方向)に往復移動する。キャリッジ4の主走査方向の位置は、位置情報検出手段の一種であるリニアエンコーダー(図示省略)によって検出される。リニアエンコーダーは、その検出信号、すなわちエンコーダーパルスをプリンター1の制御部に送信する。
The
また、キャリッジ4の移動範囲内における記録領域よりも外側の端部領域には、キャリッジ4の走査の基点となるホームポジションが設定されている。このホームポジションには、端部側から順に、記録ヘッド3のノズル面(ノズルプレート21(図2参照))に形成されたノズル22(図2参照)を封止するキャップ11と、ノズル面を払拭するためのワイピングユニット12とが配置されている。
Further, in an end area outside the recording area in the movement range of the
「記録ヘッドの概要」
図2は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド(記録ヘッド3)の構成を示す概略断面図である。
次に図2を参照し、記録ヘッド3の概要について説明する。
図2に示すように、記録ヘッド3は、流路ユニット15と、電子デバイス14と、ヘッドケース16とを有している。記録ヘッド3では、流路ユニット15と電子デバイス14とが積層された状態で、ヘッドケース16に取り付けられている。
以降、流路ユニット15と電子デバイス14とが積層された方向を上下方向として説明する。
"Overview of the recording head"
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the liquid jet head (recording head 3) according to the present embodiment.
Next, the outline of the
As shown in FIG. 2, the
Hereinafter, the direction in which the
ヘッドケース16は、合成樹脂製の箱体状部材であり、その内部には各圧力発生室30にインクを供給するリザーバー18が形成されている。リザーバー18は、複数並設された圧力発生室30に共通なインクが貯留される空間であり、2列に並設された圧力発生室30の列に対応して2つ形成されている。なお、ヘッドケース16の上方には、インクカートリッジ7側からのインクをリザーバー18に導入するインク導入路(図示省略)が形成されている。
The
ヘッドケース16の下面に接合される流路ユニット15は、連通基板24とノズルプレート21とを有している。連通基板24は、シリコン製の板材であり、本実施形態では、表面(上面及び下面)の結晶面方位を(110)面としたシリコン単結晶基板から作製されている。連通基板24には、リザーバー18に連通され各圧力発生室30に共通なインクが貯留される共通液室25と、共通液室25を介してリザーバー18からのインクを各圧力発生室30に個別に供給する個別連通路26とが、エッチングにより形成されている。共通液室25は、ノズル列方向に沿った長尺な空部であり、2列に並設された圧力発生室30の列に対応して2列形成されている。共通液室25は、連通基板24の板厚方向を貫通した第1液室25aと、連通基板24の下面側から上面側に向けて当該連通基板24の板厚方向の途中まで窪ませ、上面側に薄板部を残した状態で形成された第2液室25bと、から構成される。個別連通路26は、第2液室25bの薄板部において、圧力発生室30に対応して当該圧力発生室30の並設方向に沿って複数形成されている。この個別連通路26は、連通基板24と第2基板29(後述)とが接合された状態で、対応する圧力発生室30の長手方向における一方の端部に連通される。
The
また、連通基板24の各ノズル22に対応する位置には、連通基板24の板厚方向を貫通したノズル連通路27が形成されている。すなわち、ノズル連通路27は、ノズル列に対応して当該ノズル列方向に沿って複数形成されている。このノズル連通路27によって、圧力発生室30とノズル22とが連通される。ノズル連通路27は、連通基板24と第2基板29とが接合された状態で、対応する圧力発生室30の長手方向における他方の端部(個別連通路26側と反対側の端部)に連通される。
Further, at positions corresponding to the
ノズルプレート21は、連通基板24の下面(第2基板29側と反対側の面)に接合されたシリコン製の基板(例えば、シリコン単結晶基板)である。本実施形態では、ノズルプレート21により、共通液室25となる空間の下面側の開口が封止されている。また、ノズルプレート21には、複数のノズル22が直線状(列状)に開設されている。本実施形態では、2列に形成された圧力発生室30の列に対応して、ノズル列が2列形成されている。この並設された複数のノズル22(ノズル列)は、一端側のノズル22から他端側のノズル22までドット形成密度に対応したピッチ(例えば600dpi)で、主走査方向に直交する副走査方向に沿って等間隔に設けられている。
The
電子デバイス14は、各圧力発生室30内のインクに圧力変化を生じさせるアクチュエーターとして機能する薄板状の圧電デバイスである。つまり、電子デバイス14では、各圧力発生室30内のインクに圧力変化を生じさせ、各圧力発生室30に連通されたノズル22からインクを噴射させる。電子デバイス14は、第2基板29と、接着剤61、62、63と、第1基板33と、駆動IC34とが順に積層されてユニット化された構成を有している。換言すれば、電子デバイス14では、第2基板29と、駆動IC34を有する第1基板33とが、接着剤61、62、63によって接合されている。
The
第2基板29は、第1基板33に積層配置され、圧力発生室形成基板28と、振動板31と、個別電極37と、共通電極38と、圧電素子32とを有している。
圧力発生室形成基板28は、シリコン製の硬質な板材であり、表面(上面及び下面)の結晶面方位を(110)面としたシリコン単結晶基板から作製されている。圧力発生室形成基板28は、圧力発生室30を形成する貫通口30aを有している。貫通口30aは、面方位(110)のシリコン単結晶基板を板厚方向に異方性エッチングすることで形成されている。貫通口30aは、圧力発生室30を形成する空間(空部)になる。
The
The pressure generating
振動板31は、弾性を有する薄膜状の部材であり、圧力発生室形成基板28の上面(連通基板24側と反対側の面)に形成されている。振動板31は、圧力発生室形成基板28の上面に形成された酸化シリコンからなる弾性膜と、この弾性膜上に形成された酸化ジルコニウムからなる絶縁膜とで構成されている。振動板31は、圧力発生室形成基板28の貫通口30aの上側の開口を封止する。
The
また、圧力発生室形成基板28の貫通口30aの下側の開口は、連通基板24によって封止されている。そして、振動板31と連通基板24とで封止された貫通口30a(空部)が、圧力発生室30になる。圧力発生室30は、2列に形成されたノズル列に対応して2列に形成されている。圧力発生室30は、ノズル列方向に直交する方向に長尺な空部(空間)であり、長手方向の一方の端部に個別連通路26が連通されると共に、他方の端部にノズル連通路27が連通される。
Further, the lower opening of the through
振動板31における圧力発生室30に対応する領域(振動板31と圧力発生室形成基板28とが接さない領域)は、圧電素子32の変位に伴って、振動板31がノズル22から遠ざかる方向あるいは近接する方向に変位する変位部として機能する。すなわち、振動板31における圧力発生室30に対応する領域(振動板31と圧力発生室形成基板28とが接さない領域)が、振動板31の変位が許容される駆動領域35となる。一方、振動板31における圧力発生室30から外れた領域(振動板31と圧力発生室形成基板28とが接する領域)は、振動板31の変位が阻害される非駆動領域36となる。
The area of the
駆動領域35では、振動板31の圧力発生室形成基板28側と反対側の面に、圧電素子32が形成されている。詳しくは、駆動領域35における振動板31の圧力発生室形成基板28側と反対側の面には、下電極層(個別電極)と圧電体層と上電極層(共通電極)とが順に積層されて、圧電素子32が形成されている。圧電素子32は、所謂撓みモードの圧電素子であり、振動板31を撓み変形させる。下電極層と上電極層との間の電位差に応じた電界が圧電体層に付与されると、圧電素子32は、ノズル22から遠ざかる方向あるいは近接する方向に変位する。
In the
圧電素子32を構成する下電極層は、圧電素子32より外側の非駆動領域36まで延設されて個別電極37を形成し、対応するバンプ電極40(後述)に電気的に接続されている。非駆動領域36まで延設された圧電素子32の下電極層では、バンプ電極40に接する部分が個別電極37になり、圧電素子32を構成する部分と個別電極37を形成する部分との間が個別配線になる。
なお、個別電極37は、「第2電極」、バンプ電極40は「第3電極」の一例である。
The lower electrode layer constituting the
The
圧電素子32を構成する上電極層は、圧電素子32の列間における非駆動領域36まで延設されて共通電極38を形成し、対応するバンプ電極40に電気的に接続されている。非駆動領域36まで延設された圧電素子32の上電極層では、バンプ電極40に接する部分が共通電極38であり、圧電素子32を構成する部分と共通電極38を形成する部分との間が共通配線になる。
なお、共通電極38は、「第2電極」の一例である。
The upper electrode layer constituting the
The
さらに、圧電素子32の長手方向において、当該圧電素子32よりも外側に個別電極37が形成され、内側に共通電極38が形成されている。また、本実施形態では、一側の圧電素子32の列から延設された共通電極38と、他側の圧電素子32の列から延設された共通電極38とは、共通配線によって電気的に接続されている。
Furthermore, in the longitudinal direction of the
第1基板33は、第2基板29と駆動IC34との間に配置され、駆動IC34の信号を第2基板29に供給する中継基板(配線基板)である。第1基板33は、シリコン単結晶基板からなる基材330や、基材330に形成された配線や電極などを有している。
The
基材330の下面(第2基板29側の面)には、第2基板29の個別電極37に電気的に接続される電極67と、第2基板29の共通電極38に電気的に接続される電極68とが形成されている。電極67は、圧電素子32に対応して、ノズル列方向に沿って複数形成されている。
なお、電極67、68は、「第1電極」の一例である。
An
The
電極67、68は、保護層71によって覆われている。保護層71は、例えば酸化シリコンで構成され、電極67の一部を露出する開口67aと、電極68の一部を露出する開口68aとを有している。保護層71の電極67、68を覆う側と反対側の面72は、平坦化処理が施され、平坦になっている。
The
保護層71の面72(保護層71の電極67、68側と反対側の面72)には、バンプ電極40が形成されている。バンプ電極40は、第2基板29の個別電極37や共通電極38のそれぞれに対応する位置に配置されている。バンプ電極40は、弾性を有する内部樹脂40aと、内部樹脂40aを覆う導電膜41とで構成される。内部樹脂40aとしては、例えばポリイミド樹脂などの樹脂を使用することができる。導電膜41は、金属単体、合金、金属シリサイド、金属窒化物、これらを積層した積層膜などを使用することができる。導電膜41は、内部樹脂40aを覆う部分41a(以降、導電膜41aと称す)と、保護層71の面72や開口67a、68aを覆う部分41b(以降、導電膜41bと称す)とを有している。
A
すなわち、バンプ電極40は、内部樹脂40aと導電膜41aとで構成される。導電膜41bは、バンプ電極40と電極67、68とを電気的に接続する配線になる。導電膜41bは、保護層71の平坦な面72を覆って形成されるので、保護層71の平坦な面72の形状が反映された平坦な面42を有する。
That is, the
バンプ電極40は、弾性を有し、弾性変形した状態(押圧された状態)で、第2基板29の個別電極37及び共通電極38に電気的に接続されている。バンプ電極40が弾性を有することで、バンプ電極40が弾性を有していない場合と比べて、バンプ電極40と個別電極37、及びバンプ電極40と共通電極38は、それぞれ良好に電気的に接続される。従って、第1基板33の電極67は、バンプ電極40を介して、第2基板29の個別電極37に良好に電気的に接続される。第1基板33の電極68は、バンプ電極40を介して、第2基板29の共通電極38に良好に電気的に接続される。
The
基材330の上面(駆動IC34側の面)の中央には、駆動IC34に電力(例えば、VDD1(低電圧回路の電源)、VDD2(高電圧回路の電源)、VSS1(低電圧回路の電源)、VSS2(高電圧回路の電源))を供給する電源配線53が複数(本実施形態では4つ)形成されている。各電源配線53は、ノズル列方向、すなわち駆動IC34の長手方向に沿って延設され、当該長手方向の端部においてフレキシブルケーブルなどの配線基板(図示省略)を介して外部電源(図示省略)などと接続されている。そして、この電源配線53上に、対応する駆動IC34の電源バンプ電極56が電気的に接続される。
In the center of the upper surface (the surface on the
基材330の上面の端(電源配線53が形成された領域から外側に外れた領域)には、個別接続端子54が形成されている。個別接続端子54は駆動IC34の個別バンプ電極57に電気的に接続され、駆動IC34からの信号が入力される。個別接続端子54は、圧電素子32に対応して、ノズル列方向に沿って複数形成されている。個別接続端子54は、基材330の内部に形成された貫通配線45を介して、基材330の下面に形成された電極67に電気的に接続されている。
The
貫通配線45は、基材330の下面と基材330の上面との間を中継する配線であり、基材330を板厚方向に貫通した貫通孔45aと、貫通孔45aの内部に充填された導体部45bとで構成される。導体部45bは、例えば銅(Cu)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)などの金属で構成される。
The through
駆動IC34は、圧電素子32を駆動するためのICチップであり、異方性導電フィルム(ACF)などの接着剤59を介して基材330の上面(第1基板33の上面)に積層配置されている。駆動IC34の第1基板33側の面には、電源配線53に電気的に接続される電源バンプ電極56及び個別接続端子54に電気的に接続される個別バンプ電極57が、ノズル列方向に沿って複数並設されている。
The
駆動IC34には、電源バンプ電極56を介して、電源配線53からの電力(電圧)が供給される。そして、駆動IC34は、各圧電素子32を個別に駆動するための信号(駆動信号、共通信号)を生成する。駆動IC34で生成された駆動信号は、個別バンプ電極57と、個別接続端子54と、貫通配線45と、電極67と、バンプ電極40と、個別電極37とを介して、圧電素子32の下電極層に供給される。さらに、駆動IC34で生成された共通信号は、基材330に形成された配線(図示省略)と、電極68と、バンプ電極40と、共通電極38とを介して、圧電素子32の上電極層に供給される。
Power (voltage) from the
第1基板33と第2基板29との間の、非駆動領域36には、接着剤61、62、63が配置されている。接着剤61、62、63は、第1基板33と第2基板29とに接合されている。換言すれば、第1基板33と第2基板29とは、接着剤61、62、63によって接合されている。
接着剤61、62、63は、感光性及び熱硬化性を有する樹脂、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂、スチレン樹脂などを主成分とする樹脂から形成されている。詳細は後述するが、感光性及び熱硬化性を有する樹脂溶液(感光性接着剤)を第2基板29に塗布し、フォトリソグラフィ法でパターニングして第2基板29の第1基板33側の面に仮硬化した接着剤61a、62a、63aを形成する(図9参照)。第1基板33を貼り合せ、仮硬化した接着剤61a、62a、63aが第1基板33に当接した状態で本硬化させ、接着剤61、62、63を形成する(図10参照)。
The
接着剤61、62は、バンプ電極40の近くで、バンプ電極40に対して離間した状態でノズル列方向に沿って帯状に配置される。上述したように、バンプ電極40は、弾性変形した状態で個別電極37や共通電極38に電気的に接続されている。接着剤61、62は、バンプ電極40が弾性変形してもバンプ電極40に干渉しない程度に、バンプ電極40から離間している。
The
図4は、実施形態1に係る液体噴射ヘッド(記録ヘッド3)の構成を示す第1基板33を透視した概略平面図である。接着剤63は、第1基板33及び第2基板29の周縁部において駆動領域35および非駆動領域36(図2参照)を囲むように配置され、額縁形状を有している。さらに、図2〜図4に示すように、個別電極37、共通電極38、電極67、68、バンプ電極40、圧電素子32のいずれも含まれず、接着剤63と第1基板33及び第2基板29によって形成される空間(第2空間(後述))内に、第1基板33、第2基板29の少なくとも一方を貫通し、大気に連通する貫通孔46を有している。個別電極37、共通電極38、電極67、68、バンプ電極40、圧電素子32は、第1基板33と、第2基板29と、接着剤61、接着剤62とで密封(第1空間(後述))され、外部の水分(湿気)の影響が抑制される。換言すれば、第1基板33と第2基板29との間に個別電極37、共通電極38、電極67、68、バンプ電極40、圧電素子32を囲む(第1空間(後述))接着剤61、接着剤62を形成することによって、個別電極37、共通電極38、電極67、68、バンプ電極40、圧電素子32への水分の影響が抑制され、水分による個別電極37、共通電極38、電極67、68、バンプ電極40、圧電素子32の劣化が抑制されている。
FIG. 4 is a schematic plan view seen through the
なお、第1基板33と第2基板29との間の空間において、電極67、68(第1電極)、個別電極37および共通電極38(第2電極)、バンプ電極40(第3電極)、圧電素子32が含まれ、第1基板33、第2基板29、接着剤61、接着剤62によって大気から遮断された閉空間として構成されている空間は「第1空間」の一例である。すなわち、第1空間は、上下方向からの平面視において接着剤61、62によって囲まれた空間である。
また、第1基板33と第2基板29との間の空間において、電極67、68(第1電極)、個別電極37および共通電極38(第2電極)、バンプ電極40(第3電極)、圧電素子32が含まれ、第1基板33、第2基板29、接着剤61、接着剤62によって大気から遮断された閉空間として構成されている空間(第1空間)以外の、電極67、68(第1電極)、個別電極37および共通電極38(第2電極)、バンプ電極40(第3電極)、圧電素子32のいずれも含まれず、第1基板33、第2基板29の少なくとも一方を貫通する貫通孔46により大気と連通している空間は、「第2空間」の一例である。
In the space between the
In the space between the
図3は、実施形態1に係る電子デバイスの構成を示す概略断面図である。
貫通孔46は、第1基板33または第2基板29の少なくとも一方に形成されており、基材330を板厚方向に貫通している(図3の例では、第1基板33(基材330)に形成されている)。貫通孔46を、第1空間以外の第2空間に有することで第2空間が大気に解放される。(図4参照)このように、第1空間を、第2空間と分離して配置することで、第2空間内の気体が膨張したとしても、貫通孔46を有しており、大気と連通しているため、圧力上昇を低減することができ、接着剤61、62、63の接着力に抗する力を低減し、第1基板33と第2基板29との位置ずれを低減することができる。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the electronic device according to the first embodiment.
The through
このように、記録ヘッド3では、インクカートリッジ7からのインクが、インク導入路、リザーバー18、共通液室25及び個別連通路26を介して圧力発生室30に導入される。さらに、第2基板29は、個別電極37及び共通電極38(第2電極)に電気的に接続され、圧力発生室30内のインクに圧力変化を生じさせる圧電素子32を備える。この状態で、駆動IC34からの駆動信号が、第1基板33に形成された配線や電極を介して第2基板29の圧電素子32に供給されることで、圧電素子32が駆動され、圧電素子32の駆動によって圧力発生室30に圧力変化を生じさせる。この圧力変化を利用することで、記録ヘッド3では、ノズル連通路27を介してノズル22からインク滴を噴射させる。
As described above, in the
「記録ヘッドの製造方法」
次に、本実施形態に係る液体噴射ヘッド(記録ヘッド3)の製造方法を説明する。
図5は、記録ヘッド3の製造方法を示す工程フローである。
"Production method of recording head"
Next, a method of manufacturing the liquid jet head (recording head 3) according to the present embodiment will be described.
FIG. 5 is a process flow showing a method of manufacturing the
図5に示すように、記録ヘッド3の製造方法は、第1基板33に貫通孔46を形成する工程(ステップS1)と、第1基板33にバンプ電極40と電極67、68を形成する工程(ステップS2)と、第2基板29に個別電極37、共通電極38、圧電素子32を形成する工程(ステップS21)と、接着剤61、62、63を形成する工程(ステップS22)と、接着剤61、62、63を硬化させ第1基板33と第2基板29と、を接合する工程(ステップS3)と、を含む。
As shown in FIG. 5, in the method of manufacturing the
図6は、ステップS1を経た後の状態を示す概略断面図である。図7は、ステップS2を経た後の状態を示す概略断面図である。図8は、ステップS21を経た後の状態を示す概略断面図である。図9は、ステップS22を経た後の状態を示す概略断面図である。図10は、ステップS3を経た後の状態を示す概略断面図である。
また、図6乃至図10は、図2に対応する図であり、図6及び図7では第1基板33の状態が図示され、図8及び図9では第2基板29の状態が図示され、図10では電子デバイス14の状態が図示されている。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the state after step S1. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the state after step S2. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the state after step S21. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the state after step S22. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the state after step S3.
6 to 10 are views corresponding to FIG. 2, and the state of the
さらに、図6及び図7と、図8及び図9とでは上下方向が逆になっている。例えば、図7ではバンプ電極40が基材330の上側に配置され、図10ではバンプ電極40が基材330の下側に配置され、図7と図10とでは基材330に対するバンプ電極40の配置位置が上下逆になっている。また、図6、図7及び図10では、説明に不要な第1基板33の構成要素(貫通配線45、電源配線53、個別接続端子54など)の図示が省略されている。
Furthermore, the vertical direction is reversed in FIGS. 6 and 7 and FIGS. 8 and 9. For example, in FIG. 7, the
ステップS1では、第1基板33の所定の位置に貫通孔46を形成している。例えば誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma)を用いて基材330を板厚方向に貫通している。誘導結合プラズマによる加工は、ウエットエッチング等に比べ、孔のサイズや板厚に制限されることなく加工できる。
In step S 1, the through
なお、貫通孔46の内部は、耐保湿、耐アルカリ液膜でおおわれてもよい。例えば、プラズマCVDでTaO(酸化タンタル)を成膜する構成であってもよい。TaO(酸化タンタル)は、酸化シリコンと比べて耐水性や耐アルカリ性に優れている。
The inside of the through
ステップS2では、感光性を有する樹脂を塗布し、フォトリソ工程やエッチング工程によりパターニングして、保護層71の面72の上に前駆体樹脂を形成する。続いて加熱処理により前駆体樹脂を溶融してその角を丸めて、保護層71の面72の上に内部樹脂40aを形成する。続いて、保護層71に電極67、68を露出する開口67a、68aを形成し、蒸着やスパッタリングなどにより保護層71の面72や開口67a、68aを覆う金属膜を形成し、フォトリソ工程及びエッチング工程により当該金属膜をパターニングして、内部樹脂40aや開口67a、68aを覆う導電膜41(導電膜41a、導電膜41b)を形成する。これにより、図7に示すように、内部樹脂40aが導電膜41aによって覆われたバンプ電極40を形成する。バンプ電極40は、開口67a、68aを覆う導電膜41bによって、電極67、68に電気的に接続されている。
In step S2, a photosensitive resin is applied and patterned by a photolithography process or an etching process to form a precursor resin on the
すなわち、ステップS2では、電極67、68に電気的に接続されたバンプ電極40を形成する。さらに、保護層71は、導電膜41で覆われた部分と、導電膜41で覆われていない平坦な面72とを有する。導電膜41bは、保護層71の平坦な面を覆って形成されるので、保護層71の平坦な面72の形状が反映された平坦な面42を有する。
That is, in step S2, the
ステップS21では、図8に示すように、第2基板29に蒸着やスパッタリングなどにより個別電極37、共通電極38を形成する。さらに圧電素子32をスパッタリングやゾルゲル法により形成する。
In step S21, as shown in FIG. 8, the
すなわち、ステップS21では第2基板29に個別電極37と共通電極38と圧電素子32を形成している。ここでは、個別電極37と共通電極38と圧電素子32は、保護層71のような膜で防湿されるように構成されていない。
That is, in the step S21, the
ステップS22では、感光性及び熱硬化性を有する液体状の樹脂溶液を、振動板31や圧電素子32が形成された第2基板29に塗布する。続いて、塗布された液体状の樹脂溶液を仮焼成して(プリベークして)、低流動性の樹脂膜を形成する。液体状の樹脂溶液は、高い流動性を有し、第2基板29の凹凸を良好に覆うので、低流動性の樹脂膜も第2基板29の凹凸を良好に覆い、当該凹凸が形成された部分に隙間(空洞)などの不具合が生じにくい。続いて、フォトリソ工程によって当該樹脂膜をパターニングし、ポストベークを経て、図9に示すように、低流動性の接着剤61a、62a、63aを第2基板29に形成する。
In step S22, a liquid resin solution having photosensitivity and thermosetting properties is applied to the
すなわち、ステップS22では、感光性及び熱硬化性を有する樹脂溶液を塗布することで形成された樹脂膜を、フォトリソグラフィ法によってパターニングすることによって、低流動性の接着剤61a、62a、63aを形成する。さらに、低流動性の接着剤61a、62a、63aは、完全に硬化していない状態にあり、弾性と接着性とを有する。 That is, in step S22, low-flow adhesive 61a, 62a, 63a is formed by patterning a resin film formed by applying a photosensitive and thermosetting resin solution by photolithography. Do. Furthermore, the low flow adhesive 61a, 62a, 63a is in a state of not completely cured, and has elasticity and adhesiveness.
また、ステップS22では、後述するステップS3において接着剤61、62、63を形成した場合においては、接着剤61、62がバンプ電極40に干渉しないように配置され、かつ、第1空間を形成できるように接着剤61a、62aが配置される。
さらに、後述するステップS3において接着剤63を形成した場合においては、第2空間を形成できるように接着剤63aが配置される。
Further, in step S22, when the
Furthermore, in the case where the adhesive 63 is formed in step S3 described later, the adhesive 63a is disposed such that the second space can be formed.
さらに、樹脂膜をフォトリソグラフィ法によってパターニングして低流動性の接着剤61a、62a、63aを形成するので、例えばディスペンス法や印刷法を用いて形成する場合と比べて、低流動性の接着剤61a、62a、63aを所定の位置に高精度に形成することができる。したがって、低流動性の接着剤61a、62a、63aを硬化させて形成する接着剤61、62、63も、所定の位置に高精度に形成することができる。
フォトリソグラフィ法によってパターニングして低流動性の接着剤61a、62a、63aを形成する方法は、ディスペンス法や印刷法を用いて低流動性の接着剤61a、62a、63aを形成する方法と比べて微細化に優れ、微細な高精細(高密度)パターンを形成することができる。
Furthermore, since the resin film is patterned by the photolithography method to form the
The method of forming the low flow adhesive 61a, 62a, 63a by patterning by photolithography is different from the method of forming the low flow adhesive 61a, 62a, 63a by using the dispensing method or the printing method. It is excellent in miniaturization and can form a fine high definition (high density) pattern.
ステップS3では、ステップS1及びステップS2を経て形成された第1基板33と、ステップS21及びステップS22を経て形成された第2基板29とを貼り合せ、低流動性の接着剤61a、62a、63aが第1基板33に当接し押圧された状態で熱処理を施し、低流動性の接着剤61a、62a、63aを硬化し、第1基板33及び第2基板29の両方に接合された接着剤61、62、63を形成する。換言すれば、低流動性の接着剤61a、62a、63aを硬化し、第1基板33と第2基板29とを接合する接着剤61、62、63を形成する。
In step S3, the
ステップS3では、図10に示すように、接着剤62、63が保護層71の平坦な面72に接合され、接着剤61が導電膜41bの平坦な面42及び保護層71の平坦な面72(図7参照)に接合される。そして、接着剤61、62、63によって、第1基板33の保護層71と第2基板29とを接合する。
In step S3, as shown in FIG. 10, the
続いて、圧力発生室形成基板28に、例えばKOHによる異方性エッチングを施し、圧力発生室30の空部になる貫通口30aを形成する。同時に圧力発生室形成基板28の端部もエッチングし、圧力発生室形成基板28を第1基板33(基材330)よりも小さくする。さらに、第1基板33の第2基板29側と反対側の面に、接着剤59を介して駆動IC34を接合して電子デバイス14を製造する。さらに、電子デバイス14と流路ユニット15とヘッドケース16とを接合して記録ヘッド3を製造する。
Subsequently, anisotropic etching using, for example, KOH is performed on the pressure generation
なお、ステップS1は、「第1基板に貫通孔を形成する工程」の一例である。ステップS2は、「第1基板に第3電極および第1電極を形成する工程」の一例である。ステップS21は、「第2基板に第2電極および圧電素子を形成する工程」の一例である。ステップS22は、「第2基板に感光性接着剤を塗布し、フォトリソグラフィ法によってパターニングする工程」の一例である。ステップS3は、「接着剤を硬化する工程」の一例である。 Step S1 is an example of the “step of forming a through hole in the first substrate”. Step S2 is an example of “the step of forming the third electrode and the first electrode on the first substrate”. Step S21 is an example of “the step of forming the second electrode and the piezoelectric element on the second substrate”. Step S22 is an example of “the step of applying a photosensitive adhesive to the second substrate and patterning by a photolithographic method”. Step S3 is an example of the “step of curing the adhesive”.
以上述べたように、本実施形態に係るMEMSデバイス、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及びMEMSデバイスの製造方法によれば、以下の効果を得ることができる。
電極67、68(第1電極)、個別電極37および共通電極38(第2電極)、バンプ電極40(第3電極)、圧電素子32は、接着剤61、62、63で囲まれ、第1基板33または第2基板29に形成される大気解放の貫通孔46からの水分(湿気)の侵入による電極の劣化が抑制され、より高い信頼性のMEMSデバイスを提供することができる。
また、第2空間は、電極67、68(第1電極)、個別電極37および共通電極38(第2電極)、バンプ電極40(第3電極)、圧電素子32のいずれも含まれず、第1基板、第2基板の少なくとも一方を貫通し、大気と連通している貫通孔46を含むように構成されている。換言すれば、第1基板33と第2基板29とは、その間に大気解放された空間が含まれるように接合される。
このように、第2空間を第1空間と分離して配置することで、第2空間内の気体が膨張したとしても、貫通孔46を有しており、大気と連通しているため、第2空間の圧力上昇を低減することができ、接着剤61、62、63の接着力に抗する力を低減し、第1基板33と第2基板29との位置ずれを低減することができる。第2空間は電極67、68(第1電極)、個別電極37および共通電極38(第2電極)、バンプ電極40(第3電極)、圧電素子32のいずれも含まれない空間として構成しているため、大気に連通させても、信頼性の低下が危惧されなく、より高い信頼性のMEMSデバイスを提供することができる。
As described above, according to the MEMS device, the liquid ejecting head, the liquid ejecting apparatus, and the manufacturing method of the MEMS device according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
The
In addition, the second space does not include any of the
As described above, by arranging the second space separately from the first space, even if the gas in the second space expands, the through
また、液体噴射ヘッド(記録ヘッド3)として、第2基板29は、個別電極37および共通電極38(第2電極)に電気的に接続された圧電素子32を備えている。そして、第2基板29に設けられた圧電素子32は、個別電極37および共通電極38(第2電極)とバンプ電極40(第3電極)とを介して、第1基板33の電極67、68(第1電極)に安定して電気的に接続されている。従って、駆動信号を第1基板33側から圧電素子32に安定して供給し、圧電素子32が安定して動作する液体噴射ヘッドを提供することができる。このように、液体噴射ヘッドは、安定して動作し、高い信頼性を有する。従って、液体噴射ヘッド(記録ヘッド3)を備えた液体噴射装置(プリンター1)も、安定して動作し、より高い信頼性を有する。
In addition, as the liquid jet head (recording head 3), the
本実施形態に係る記録ヘッド3の製造方法では、第1基板33と第2基板29との間の空間において、電極67、68(第1電極)、個別電極37および共通電極38(第2電極)、バンプ電極40(第3電極)、圧電素子32が含まれる第1空間を、第2空間と分離して配置することで、第2空間の気体が膨張したとしても、貫通孔46を有しており、大気と連通しているため、圧力上昇を低減することができ、接着剤61、62、63の接着力に抗する力を低減し、第1基板33と第2基板29との位置ずれを低減することができるため、記録ヘッド3の故障を抑制し、記録ヘッド3の信頼性をより高めることができる。
In the method of manufacturing the
さらに、本実施形態に係る記録ヘッド3の製造方法では、第1基板33と第2基板29との間の空間において、第1空間と、第2空間が構成されることで、貫通孔46からの水分(湿気)の侵入による電極の劣化が抑制され、記録ヘッド3の故障を抑制し記録ヘッド3の信頼性をより高めることができる。
Furthermore, in the method of manufacturing the
(実施形態2)
図11は、図2に対応する図であり、実施形態2に係る液体噴射ヘッド(記録ヘッド3A)の構成を示す概略断面図である。
実施形態1に係る記録ヘッド3では、電極67、68(第1電極)、個別電極37および共通電極38(第2電極)、バンプ電極40(第3電極)、圧電素子32を、第1空間に含める構成の例を説明したが、本実施形態(実施形態2)では、電気的接続のために、電極67、68(第1電極)、個別電極37および共通電極38(第2電極)、バンプ電極40(第3電極)、圧電素子32などを接続する「配線」を第2空間に配置する例について説明する。
本実施形態に係る記録ヘッド3Aでは、第2基板29Aにおいて、接着剤61、62に囲まれず大気と連通する第2空間に配置されている「配線」に対して、保護層71Aが形成されている。この点が本実施形態に係る記録ヘッド3Aと実施形態1に係る記録ヘッド3との相違点であり、他の構成は本実施形態と実施形態1とで同じである。
以下、図11を参照し、本実施形態に係る記録ヘッド3Aの概要を、実施形態1との相違点を中心に説明する。また、実施形態1と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明を省略する。
Second Embodiment
FIG. 11 is a diagram corresponding to FIG. 2 and is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the liquid jet head (
In the
In the
Hereinafter, with reference to FIG. 11, an outline of the
図11に示すように、記録ヘッド3Aは、流路ユニット15と、電子デバイス14Aと、ヘッドケース16とを有している。
As shown in FIG. 11, the
電子デバイス14Aは、各圧力発生室30内のインクに圧力変化を生じさせるアクチュエーターとして機能する薄板状のMEMSデバイスである。つまり、電子デバイス14Aは、各圧力発生室30内のインクに圧力変化を生じさせ、各圧力発生室30に連通されたノズル22からインクを噴射させる。電子デバイス14Aは、第2基板29Aと、接着剤61、62、63と、第1基板33とが順に積層されてユニット化された構成を有している。
The
第1基板33は、第2基板29Aに積層配置され、圧電素子32(図11では省略)を駆動する駆動回路39が形成された基材330や、駆動回路39からの信号を第2基板29に供給するための電極(電極67、電極68、バンプ電極40)などを有している。
第2基板29Aは、第1基板33に積層配置され、圧力発生室形成基板28と、振動板31と、圧電素子32、個別電極37、共通電極38とを有している。
また、第2基板29Aには、図11に示すように、配線50が、大気と連通する第2空間に配置されている。配線50は、電極67、68(第1電極)、個別電極37および共通電極38(第2電極)、バンプ電極40(第3電極)、圧電素子32の少なくともいずれかと電気的に接続された配線である。
The
The
Further, as shown in FIG. 11, in the
接着剤61、62、63は、第1基板33と第2基板29Aとに接合されている。換言すれば、第1基板33と第2基板29Aとは、接着剤61、62、63によって接合されている。
The
保護層71Aは、第2空間に配置される個別配線(圧電素子32を構成する部分と個別電極37を形成する部分との間の配線(図2参照))や共通配線(圧電素子32を構成する部分と共通電極38を形成する部分との間の配線(図2参照))、配線50などに対して、積層方向に形成されている。換言すれば、第2空間の個別配線や共通配線、配線50などは、保護層71Aによって覆われる。
なお、第2空間に配置される個別配線や共通配線は、配線50を含み、本発明における「配線」に相当する。
The
The individual wiring and the common wiring disposed in the second space include the
接着剤61、62、63による複数の接着領域は、保護層71Aを挟んで第1基板33と第2基板29Aとを接着する構成になっている。換言すれば、保護層71Aは、第1基板33と第2基板29Aに形成される接着剤61、62、63との間にあり、接合されている。
A plurality of adhesion regions by the
仮に、接着剤61、62、63が接合される接合面72Aが、保護層71Aの有無による凸凹部と、保護層71Aを挟んで第1基板33と第2基板29Aとを接着する部分と、保護層71Aを挟まずに第1基板33と第2基板29Aとを接着する部分を有し、第1基板33と第2基板29Aとの接合が傾いている場合、接着剤61、62、63と保護層71Aとの層間に隙間(空洞)が形成されてしまうおそれがある。その結果、隙間から水分(湿気)が侵入し、第1空間の内部に構成される、電極67、68(第1電極)、個別電極37および共通電極38(第2電極)、バンプ電極40(第3電極)が当該水分によって劣化し、電極67、68(第1電極)、個別電極37および共通電極38(第2電極)、バンプ電極40(第3電極)の信頼性が低下するおそれがある。
Temporarily, the
さらに、接着剤61、62、63と第1基板33の接合面との接合信頼性が低いと、接着剤63と第1基板33の接合面とが接合する部分に剥離やクラックなどの欠陥が生じ、上述したKOHによる異方性エッチングを施す場合に、当該欠陥からエッチャントが染み込み、電極67、68(第1電極)、個別電極37および共通電極38(第2電極)、バンプ電極40(第3電極)が劣化するという不具合が生じる場合がある。
さらに、接着剤61、62、63と第1基板33の接合面との接合信頼性が低いと、機械的な衝撃によって、接着剤61、62、63と第1基板33の接合面とが接合する部分に剥離やクラックなどの欠陥が生じやすくなり、記録ヘッド3Aが劣化し、記録ヘッド3Aの信頼性が低下するおそれがある。
Furthermore, when the bonding reliability between the
Furthermore, when the bonding reliability between the
例えばTEOS(テトラエトキシシラン)を用いたプラズマCVDによって、個別電極37および共通電極38(第2電極)、バンプ電極40(第3電極)、圧電素子32を覆う酸化シリコン(保護層71A)を形成する。TEOSを用いたプラズマCVDによって形成された酸化シリコンは、段差被覆性に優れ、個別電極37および共通電極38(第2電極)、バンプ電極40(第3電極)などの凹凸を良好に被覆することができる。
For example, silicon oxide (
なお、保護層71Aは、酸化シリコンと窒化シリコンとを含む多層膜であってもよい。例えば、TEOSを用いたプラズマCVDによって酸化シリコンを成膜した後に、酸化シリコンよりも厚い窒化シリコンをプラズマCVDで成膜し、当該窒化シリコンをCMPによって平坦化する構成であってもよい。例えば、CMPによって平坦化された酸化シリコンの上に、プラズマCVDによって窒化シリコンを形成する構成であってもよい。
窒化シリコンは、酸化シリコンと比べて耐水性に優れている。保護層71Aを酸化シリコンと窒化シリコンとを含む多層膜で構成することによって、保護層71Aの耐水性を高めることができる。
The
Silicon nitride is superior in water resistance to silicon oxide. The water resistance of the
以上述べたように、本実施形態に係るMEMSデバイス、液体噴射ヘッドによれば、以下の効果を得ることができる。
大気と連通する第2空間に含まれる個別配線や共通配線、配線50などを保護層71Aで覆うことにより、第1基板33または第2基板29Aに形成される貫通孔46からの水分(湿気)の侵入による劣化が抑制され、より高い信頼性のMEMSデバイスを提供することができる。
また、液体噴射ヘッド(記録ヘッド3A)は、第1基板33と第2基板29Aとの接合が傾いている場合と比べて、接着剤61、62、63と保護層71Aの接合面との間に隙間(空洞)が形成されにくく、水分(湿気)の侵入を抑制することができる。
さらに、記録ヘッド3Aでは、接着剤61、62、63と第1基板33の接合面との接合信頼性がより高くなっているので、接着剤61、62、63と第1基板33の接合面との接合信頼性が低い場合と比べて、接着剤61、62、63と第1基板33の接合面とが接合する部分に剥離やクラックなどの欠陥が生じにくくなり、記録ヘッド3Aの劣化を抑制し、記録ヘッド3Aの信頼性をより高めることができる。
As described above, according to the MEMS device and the liquid jet head according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
Moisture (moisture) from the through
Further, in the liquid jet head (
Further, in the
(実施形態3)
図12は、図2に対応する図であり、実施形態3に係る液体噴射ヘッド(記録ヘッド3B)の構成を示す概略断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 12 is a diagram corresponding to FIG. 2 and is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the liquid jet head (
図12に示すように、記録ヘッド3Bは、流路ユニット15と電子デバイス14Bとヘッドケース16とを有する。
電子デバイス14Bは、第2基板29と、接着剤61、62、63と、第1基板33と、駆動IC34と、が順に積層されてユニット化された構成を有する。
As shown in FIG. 12, the
The
第1基板33は、シリコン単結晶基板からなる基材330と、基材330に設けられたバンプ電極40と、基材330のバンプ電極40側の主要部分を覆う保護層71と、を有する。
The
バンプ電極40は、基材330の第2基板29側の面に直接、設けられている。バンプ電極40は、弾性を有する内部樹脂40aと、内部樹脂40aを覆う導電膜41とを具備する。このようなバンプ電極40が、第2基板29の個別電極37や共通電極38のそれぞれに対応する位置に設けられている。導電膜41は、内部樹脂40aを覆う部分(以下、導電膜41a)と、基材330の面上に形成された部分(以降、導電膜41b)とを有する。バンプ電極40を構成する導電膜41bは、貫通孔45aの開口を覆う位置まで延設されており、導電膜41bと貫通孔45a内に充填された導体部45bとは直接、接続されている。すなわち、本実施形態では、上述した実施形態1及び2の電極67、68を、バンプ電極40の導電膜41が兼ねている。つまり、導電膜41は、「第1電極」の一例である。もちろん、基材330にバンプ電極40の導電膜41とは別に上述した実施形態1及び2と同様の電極67、68を設けるようにしてもよい。
The
保護層71は、基材330の第2基板29側の面に設けられたものであり、第2基板29に設けられたバンプ電極40の導電膜41bの一部を覆うように設けられている。また、保護層71には、バンプ電極40が設けられた位置に、当該保護層71を上下方向に貫通する接続孔73が設けられている。この保護層71の接続孔73内に、バンプ電極40の内部樹脂40aとその表面に設けられた導電膜41aとが挿入されている。また、接続孔73に挿入されたバンプ電極40の先端は、保護層71の面72よりも第2基板29側に突出して設けられており、この突出したバンプ電極40の先端が、第2基板29の個別電極37及び共通電極38のそれぞれと接続されている。すなわち、保護層71は、バンプ電極40の基材330よりも第2基板29側に突出した高さよりも薄い厚さで、基材330の第2基板29側の面にバンプ電極40の導電膜41a以外の領域に亘って連続して設けられている。
The
また、第1基板33と第2基板29とは、接着剤61、62、63によって接合されている。本実施形態では、第1基板33の保護層71と第2基板29とが接着剤61、62、63によって接合されている。
In addition, the
以上述べたように、本実施形態に係るMEMSデバイス、液体噴射ヘッドによれば、以下の効果を得ることができる。
導電膜41(第1電極)、個別電極37および共通電極38(第2電極)、バンプ電極40(第3電極)、圧電素子32は、接着剤61、62、63で囲まれ、第1基板33または第2基板29に形成される大気解放の貫通孔46からの水分(湿気)の侵入による電極の劣化が抑制され、より高い信頼性のMEMSデバイスを提供することができる。
また、第2空間は、導電膜41(第1電極)、個別電極37および共通電極38(第2電極)、バンプ電極40(第3電極)、圧電素子32のいずれも含まれず、第1基板33、第2基板29の少なくとも一方を貫通し、大気と連通している貫通孔46を含むように構成されている。換言すれば、第1基板33と第2基板29とは、その間に大気解放された空間が含まれるように接合される。
このように、第2空間を第1空間と分離して配置することで、第2空間内の気体が膨張したとしても、貫通孔46を有しており、大気と連通しているため、第2空間の圧力上昇を低減することができ、接着剤61、62、63の接着力に抗する力を低減し、第1基板33と第2基板29との位置ずれを低減することができる。第2空間は電極67、68(第1電極)、個別電極37および共通電極38(第2電極)、バンプ電極40(第3電極)、圧電素子32のいずれも含まれない空間として構成しているため、大気に連通させても、信頼性の低下が危惧されなく、より高い信頼性のMEMSデバイスを提供することができる。
As described above, according to the MEMS device and the liquid jet head according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
The conductive film 41 (first electrode), the
Further, the second space does not include any of the conductive film 41 (first electrode), the
As described above, by arranging the second space separately from the first space, even if the gas in the second space expands, the through
また、液体噴射ヘッド(記録ヘッド3B)として、第2基板29は、個別電極37および共通電極38(第2電極)に電気的に接続された圧電素子32を備えている。そして、第2基板29に設けられた圧電素子32は、個別電極37および共通電極38(第2電極)とバンプ電極40(第3電極)とを介して、第1基板33の第1電極(例えば、導電膜41)に安定して電気的に接続されている。従って、駆動信号を第1基板33側から圧電素子32に安定して供給し、圧電素子32が安定して動作する液体噴射ヘッドを提供することができる。このように、液体噴射ヘッド(記録ヘッド3B)は、安定して動作し、高い信頼性を有する。従って、液体噴射ヘッド(記録ヘッド3B)を備えた液体噴射装置(プリンター1)も、安定して動作し、より高い信頼性を有する。
Further, as a liquid jet head (
なお、本実施形態では、保護層71を、基材330の第2基板29側の面にバンプ電極40の導電膜41a以外の領域に亘って連続して設けるようにしたが、特にこれに限定されず、バンプ電極40の基材330上の導電膜41b上以外の領域には、保護層71を設けないようにしてもよい。
また、本実施形態では、保護層71を個別電極37に接続されるバンプ電極40の導電膜41b上、および、共通電極38に接続されるバンプ電極40の導電膜41b上の両方に設けるようにしたが、特にこれに限定されず、保護層71は、個別電極37に接続されるバンプ電極40の導電膜41bと共通電極38に接続されるバンプ電極40の導電膜41bとの何れか一方のみを覆うように設けるようにしてもよい。このように、保護層71を複数のバンプ電極40の導電膜41b上の一部のみに設ける構成は、本実施形態のようにバンプ電極40を基材330上に直接形成した構成によって実現できるものである。つまり、本実施形態では、バンプ電極40が基材330上に直接形成されているため、保護層71を導電膜41b上に部分的に設けたとしても、保護層71の有無により複数のバンプ電極40に高さのばらつきが生じることがなく、複数のバンプ電極40を同じ高さで個別電極37や共通電極38に接続することができるからである。
In the present embodiment, the
Moreover, in the present embodiment, the
さらに、本発明は、広くヘッド全般を対象としたものであり、例えばプリンターなどの画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッドなどの記録ヘッド、液晶ディスプレイなどのカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレイ、FED(電界放出ディスプレイ)など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などにも本発明を適用させることができ、本発明の技術的範囲である。 Furthermore, the present invention is intended for a wide range of heads in general, for example, recording heads such as various ink jet recording heads used in image recording apparatuses such as printers, and colors used in manufacturing color filters such as liquid crystal displays. The present invention can also be applied to electrode material jet heads used for forming electrodes of materials jet heads, organic EL displays, FEDs (field emission displays), etc., and bioorganic jet heads used for biochip manufacture, etc. The technical scope of
また、本発明は、広くMEMSデバイスを対象としたものであり、上述した記録ヘッド3、3A以外のMEMSデバイスにも適用することができる。例えば、SAWデバイス(表面弾性波デバイス)、超音波デバイス、モーター、圧力センサー、焦電素子、及び強誘電体素子は、MEMSデバイスの一例であり、本発明を適用させることができ、本発明の技術的範囲である。
また、これらのMEMSデバイスを利用した完成体、例えば上述した記録ヘッド3、3Aを利用した液体噴射装置、上記SAWデバイスを利用したSAW発振器、上記超音波デバイスを利用した超音波センサー、上記モーターを駆動源として利用したロボット、上記焦電素子を利用したIRセンサー、強誘電体素子を利用した強誘電体メモリーなども、本発明を適用させることができ、本発明の技術的範囲である。
In addition, the present invention is widely intended for MEMS devices, and can be applied to MEMS devices other than the recording heads 3 and 3A described above. For example, a SAW device (surface acoustic wave device), an ultrasonic device, a motor, a pressure sensor, a pyroelectric element, and a ferroelectric element are an example of a MEMS device, to which the present invention can be applied. It is a technical range.
In addition, a complete body using these MEMS devices, for example, the liquid ejecting apparatus using the
1…プリンター、2…記録媒体、3…記録ヘッド、4…キャリッジ、5…キャリッジ移動機構、6…搬送機構、7…インクカートリッジ、8…タイミングベルト、9…パルスモーター、10…ガイドロッド、11…キャップ、12…ワイピングユニット、14…電子デバイス、15…流路ユニット、16…ヘッドケース、18…リザーバー、21…ノズルプレート、22…ノズル、24…連通基板、25…共通液室、25a…第1液室、25b…第2液室、26…個別連通路、27…ノズル連通路、28…圧力発生室形成基板、29…第2基板、30…圧力発生室、30a…貫通口、31…振動板、32…圧電素子、33…第1基板、35…駆動領域、36…非駆動領域、37…個別電極、38…共通電極、39…駆動回路、40…バンプ電極、40a…内部樹脂、41、41a、41b…導電膜、42…面、45…貫通配線、45a…貫通孔、45b…導体部、50…配線、53…電源配線、54…個別接続端子、56…電源バンプ電極、57…個別バンプ電極、61、62、63…接着剤、67、68…電極、67a、68a…開口、71…保護層、71A…保護層、72…面(平坦な接合面)、72A…面(平坦な接合面)、73…接続孔、330…基材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... printer, 2 ... recording medium, 3 ... recording head, 4 ... carriage, 5 ... carriage movement mechanism, 6 ... conveyance mechanism, 7 ... ink cartridge, 8 ... timing belt, 9 ... pulse motor, 10 ... guide rod, 11 ...
Claims (6)
第2電極を有し、前記第1基板との間に前記第1電極と、前記第2電極とを積層配置する第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に配置され、前記第1電極と前記第2電極とを電気的に接続する第3電極と、
前記第1基板と前記第2基板との間に配置された圧電素子と、
前記第1基板と前記第2基板とを接着する接着剤と、を備え、
前記第1基板と前記第2基板との間の空間において、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極、および、前記圧電素子が含まれ、前記第1基板、前記第2基板、および、前記接着剤によって大気から遮断された閉空間として構成されている第1空間と、
前記第1基板と前記第2基板との間の空間において、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極、および、前記圧電素子のいずれも含まれず、前記第1基板と、前記第2基板との少なくとも一方を貫通する貫通孔により大気と連通している第2空間と、が配置されることを特徴とするMEMSデバイス。 A first substrate having a first electrode;
A second substrate having a second electrode, and wherein the first electrode and the second electrode are stacked and disposed between the second electrode and the first substrate;
A third electrode disposed between the first substrate and the second substrate and electrically connecting the first electrode and the second electrode;
A piezoelectric element disposed between the first substrate and the second substrate;
An adhesive for bonding the first substrate and the second substrate;
In the space between the first substrate and the second substrate, the first electrode, the second electrode, the third electrode, and includes the piezoelectric element, the first substrate, the second substrate And a first space configured as a closed space shielded from the atmosphere by the adhesive.
In the space between the first substrate and the second substrate, none of the first electrode, the second electrode, the third electrode, and the piezoelectric element is included, and the first substrate and the 2. A MEMS device comprising: a second space communicating with the atmosphere by a through hole penetrating at least one of the two substrates.
前記第2空間に含まれる前記配線は、前記配線を覆う保護層によって、大気から遮断されていることを特徴とする請求項1に記載のMEMSデバイス。 A wiring electrically connected to at least one of the first electrode, the second electrode, the third electrode, and the piezoelectric element;
The MEMS device according to claim 1, wherein the wiring included in the second space is shielded from the atmosphere by a protective layer covering the wiring.
第2電極を有し、前記第1基板との間に前記第1電極と、前記第2電極とを積層配置する第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に配置され、前記第1電極と前記第2電極とを電気的に接続する第3電極と、
前記第1基板と前記第2基板との間に配置された圧電素子と、
前記第1基板と前記第2基板とを接着する接着剤と、を含むMEMSデバイスの製造方法であって、
前記第1基板と前記第2基板との間の空間において、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極、および、前記圧電素子が含まれる第1空間は、前記第1基板、前記第2基板、および、前記接着剤によって大気から遮断された閉空間として構成し、
前記第1基板と前記第2基板との間の空間において、前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極、および、前記圧電素子のいずれも含まれない第2空間は、前記第1基板と、前記第2基板との少なくとも一方を貫通する貫通孔を形成し大気と連通させる工程と、
前記接着剤を熱硬化する工程と、を含むことを特徴とするMEMSデバイスの製造方法。 A first substrate having a first electrode;
A second substrate having a second electrode, and wherein the first electrode and the second electrode are stacked and disposed between the second electrode and the first substrate;
A third electrode disposed between the first substrate and the second substrate and electrically connecting the first electrode and the second electrode;
A piezoelectric element disposed between the first substrate and the second substrate;
A manufacturing method of a MEMS device, comprising: an adhesive for bonding the first substrate and the second substrate,
Wherein the space between the first substrate and the second substrate, the first electrode, the second electrode, the third electrode, and the first space includes the piezoelectric element, the first substrate, The second substrate is configured as a closed space shielded from the atmosphere by the adhesive,
In a space between the first substrate and the second substrate, a second space not including any of the first electrode, the second electrode, the third electrode, and the piezoelectric element is the first space. Forming a through hole penetrating at least one of the substrate and the second substrate and communicating with the atmosphere;
Heat curing the adhesive, and manufacturing the MEMS device.
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