JP2011037262A - 液体吐出ヘッド用基板及びその製造方法及び、液体吐出ヘッド用基板を用いた液体吐出ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体吐出ヘッド用基板において、電極へのインクの染み込み防止を達成することができ、かつ、面積を縮小することができる液体吐出ヘッド用基板を提供する。
【解決手段】基板１０１の第一の面１０２と、基板１０１の第三の面１０４との間に設けられ、液体を吐出するためのエネルギーを発生する素子２０１と電気的に接続する複数の電極２０５と電気的に接続する電極層２０２が領域１０５の内側に設けられている。さらに、領域１０５には電極層２０２を被覆する樹脂からなる部材４０２が設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、液体を吐出して被記録媒体に記録を行う液体吐出ヘッド用基板及びその製造方法及び、液体吐出ヘッド用基板を用いた液体吐出ヘッド及びその製造方法に関する。

液体吐出ヘッド用基板（以下、ヘッド用基板とも称する）を支持基板と接合することで設けられた液体吐出ヘッド（以下、ヘッドとも称する）は、液体吐出装置に搭載され、液体吐出ヘッドの吐出口からインク等の液体を吐出することで被記録媒体に記録動作を行う。

このようなヘッド用基板と支持基板との電気的な接続を行うために、シリコン基板の表面から裏面に貫通させ裏面に電極を設ける構成が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されるヘッドを図１に示す。裏面の電極を有する記録素子基板Ｈ１１００と、保持基板Ｈ１２００とが、電気接続部として用いられるエレキバンプＨ１１０５を介して電気的に接続することで実装されている。

特開２００７−３２６２４０号公報

ヘッド用基板は、半導体製造技術を用いてシリコン基板などに複数のヘッド用基板を同時に形成し、切り分けることで設けられる。そのため個々のヘッド用基板のサイズが大きくなると、一枚のシリコン基板から形成できるヘッド用基板の数が減少し、製造コストが増すことになるため、ヘッド用基板の面積を縮小することが求められている。また、液体吐出ヘッドを搭載する液体吐出装置の小型化を達成する観点からも、ヘッド用基板の小型化が求められている。

しかし特許文献１のヘッドの構成では、インクの染み込みを防止するためインク供給口と、エレキバンプＨ１１０５との間に一定の距離をとり、エレキバンプＨ１１０５の周囲に、インクを遮断する封止剤Ｈ１３１７を設けている。この距離を短くすると、インクが染み込んで電極が腐食する可能性があるため、距離を短くすることでヘッド基板の面積を縮小することは困難であった。

そこで本発明は、液体吐出ヘッド用基板において、電極へのインクの染み込み防止を達成することができ、かつ、面積を縮小することができる液体吐出ヘッド用基板を提供することを目的としている。

本発明の液体吐出ヘッド用基板は、液体を吐出するために用いられるエネルギーを発生する複数の素子が設けられた第一の面と、該第一の面の反対の面である第二の面と、を有する基板と、前記複数の素子と電気的に接続され、前記第一の面から前記第二の面に向い、前記第一の面と前記第二の面との間の位置にまで設けられた複数の電極と、前記第一の面と前記第二の面との間の位置で、前記複数の電極に共通に接続された電極層と、前記第一の面と前記第二の面との間の位置から前記第二の面にかけて設けられ、前記電極層を被覆する樹脂からなる部材と、を有することを特徴とする。

ヘッド用基板に凹部を設け、凹部と支持基板との隙間を封止することで、ヘッド基板を縮小しても電極と供給口との距離を、電極層へのインクの染み込みを防止できる距離とすることができる。

これにより、電極層へのインクの染み込みを防止と、液体吐出ヘッド用基板の縮小との両立を達成できる液体吐出ヘッドを提供することができる。

従来のヘッド用基板の断面図である。 本発明の一例の液体吐出ヘッドの斜視図である。 本発明の一例のヘッド用基板の上面模式図である。 図３のヘッド用基板のＡ−Ａ’及びＣ−Ｃ’に対応する断面図の一例である。 ヘッド用基板の製造方法を説明する断面図の一例である。 ヘッド用基板の製造方法を説明する断面図である。 図３のヘッド用基板のＢ−Ｂ’に対応する断面図の一例である。 図３のヘッド用基板のＡ−Ａ’及びＣ−Ｃ’に対応する断面図の一例である。 図３のヘッド用基板のＢ−Ｂ’に対応する断面図の一例である。 支持基板の製造方法を説明する断面図の一例である。 支持基板の製造方法を説明する断面図の一例である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図２は本発明を用いる液体吐出ヘッド（以下、ヘッドとも称する）の上面図である。液体吐出ヘッド用基板８２（以下、ヘッド用基板とも称する）は、フレキシブルフィルム配線基板７３により電気的に接続されており、コンタクトパッド７４に導通している。それらをインクタンク８１上に貼り付けることにより、ヘッド８３が構成されている。コンタクトパッド７４はヘッド８３と液体吐出装置との接続に用いられる。ここでヘッド８３は、ヘッドとインクタンクを一体化したヘッドの一例を示しているが、ヘッドとインクタンクが分離型とすることも出来る。

ヘッド用基板を模式的に表した上面図を図３に示す。図３（ａ）は、１種類のインクを供給する複数のインクの供給口３０３からなる供給口列が３列設けられ、３種類のインク（例えばイエロー、マゼンダ、シアン）を使用するヘッドに用いることができるヘッド用基板８２を示している。図３（ｂ）は、１種類のインクを供給する複数のインクの供給口３０３からなる供給口列が１列設けられ、１種類のインクを用いるヘッド用基板８２を示している。

図３（ａ）と（ｂ）に示すヘッド用基板８２は、インクを吐出するためのエネルギーを発生素子として用いられる発熱素子２０１と、発熱素子２０１に電力を供給する個別に設けられた個別電力配線２０６とが設けられている。さらに、１種類のインクを供給する複数の供給口３０３からなる供給口列に沿って、複数の発熱素子２０１が配列されることで構成される素子列が供給口列の両側に設けられている。駆動回路部２０４は、供給口列とは反対側の位置に、発熱素子２０１の素子列に沿って設けられており、各発熱素子２０１の駆動制御を行う信号を出力する。

このようなヘッド用基板の図３（ａ）のＡ−Ａ’の位置に対応する断面図の一例を図４（ａ）に示す。発熱素子２０１はシリコンからなる基板１０１の第一の面１０２に設けられており、発熱素子２０１の上には、発熱素子２０１をインク等から保護する保護層２０８が設けられている。保護層２０８の上には、発熱素子２０１と対応した位置に設けられた吐出口３０１及び吐出口３０１に連通するインクの流路３０２を構成する吐出口部材３０４が設けられている。基板１０１には、吐出口３０１から吐出するインクを供給し、流路３０２に連通して設けられている複数の供給口３０３が基板１０１を貫通して設けられている。

基板１０１は、第一の面１０２と、第一の面１０２の反対の面である第二の面１０３との間に第三の面１０４が露出するように凹部が設けられている。この第三の面と、基板の第二の面と平行な面との間、すなわち支持基板４０１に実装した際に第三の面１０４とヘッド用基板８２を支持する支持基板４０１との間を第一の凹部１０５とする。第一の凹部１０５の内側には、隣接する２つの供給口列の間に設けられた２つの素子列に電気的に接続し、共通のＧＮＤＨ配線として用いられる電極層２０２とＶＨ配線として用いられる電極層２０３とが設けられている。

基板１０１には、第一の面１０２と第三の面１０４を貫通する貫通孔に導電性材料を充填させた貫通電極２０５が設けられている。電極層２０２と電極層２０３と（電力配線１３）は、複数の貫通電極２０５と接続して設けられている。貫通電極２０５は、発熱素子２０１に個別に設けられた個別電力配線２０６と接続することで、複数の発熱素子２０１と、共通の電極層２０２及び電極層２０３とが電気的に接続するように設けられている。

電極層２０２と電極層２０３は、ヘッド用基板に設けられた接続端子２０７と接続しており、接続端子２０７を介してヘッド用基板の支持基板４０１と電気的に接続している。ここで電極層２０２は、駆動回路の接地配線としての機能も兼ねており、低抵抗であることが望まれる。接地配線を低抵抗にすることによって、ＭＯＳＦＥＴなどのドライバで構成される駆動回路のソース−ゲート間の電位差を大きくすることができ、ＦＥＴの駆動能力を向上させることが可能となる。このような電極層の抵抗値は、電極層２０２や電極層２０３の膜厚を調整することで制御することが出来る。

また、第一の凹部１０５の内側には第一の凹部１０５の両側に設けられた発熱素子２０１に接続し、ＧＮＤＨ配線として用いられる電極層２０２のみまたは、ＶＨ配線として用いられる電極層２０３のみのどちらか一方を設けることもできる。このようにどちらか一方の電極層を第一の凹部１０５の内側に設けるだけでも、１枚のウェハから作成することの出来るヘッド用基板の枚数を増やすことが出来る。

さらに、図４（ｂ）に示すように、第一の凹部１０５の両側に設けられた２列の素子列に電気的に接続する電極層を共通とすることもできる。具体的には、第一の供給口列に沿って設けられた第一の素子列の発熱素子２０１と、第一の供給口列に隣接する第二の供給口列に沿って設けられた第二の素子列の発熱素子２０１とが第一の凹部１０５の内側の、電極層２０２と電極層２０３とに共通に接続している。このように、第一の凹部１０５に設ける電極層２０２及び電極層２０３を削減することにより、第一の凹部１０５に必要な面積を削減することができ、さらにコスト削減を達成することが出来る。

また、１種類のインクを供給する複数の供給口３０３からなる供給口列が一列設けられている図３（ｂ）のＣ−Ｃ断面を示したものが図４（ｃ）である。素子列は、１つの供給口列に沿って供給口列の両側に設けられており、これらの素子列に電気的に接続する電極層は、供給口列に沿って供給口列の両側に設けられている第一の凹部１０５に設けられている。このような第一の凹部１０５の内側には、電極層２０２と電極層２０３の両方、もしくは一方のみを設けることが出来る。

電極層２０２と電極層２０３の両方もしくは一方が設けられた第一の凹部１０５の内側には、樹脂からなる部材４０２が設けられている。電極層２０２と電極層２０３の設けられた第三の面全体を部材４０２で被覆することにより、インク等から電極層２０２及び電極層２０３を保護することができる。さらに第一の凹部１０５に部材４０２を充填させることで、基板１０１の第二の面１０３と平坦とすることができる。

ヘッド用基板は、吐出口３０１が設けられた面とは反対側の実装面と、支持基板４０１の接続面とを、接合することで実装される。ヘッド用基板の実装面と支持基板４０１の接続面とは、第一の凹部１０５に設けられたものとおなじ樹脂からなる部材４０２を用いて接合することができる。このとき、支持基板の開口３０と液体吐出ヘッド用基板８２の供給口３０３との位置が一致するように接合する。

第一の凹部１０５の面を第二の面１０３と平坦としたヘッド用基板を用いて、支持基板と接合することにより、ヘッド用基板の実装面と支持基板の接続面とを平行に保った状態でヘッド用基板を実装することができる。これにより吐出口からのインクの吐出方向を所望の方向とすることができ、所望の位置に印字を行うことができる。

さらに、第一の凹部１０５を樹脂からなる部材４０２を用いて封止し、さらに第二の面１０２と支持基板４０１と接合させることで基板の面積を増大させることなく、供給口列から電極層２０２及び電極層２０３までの距離を長く設けることができる。これにより、支持基板４０１と基板１０１の界面をインクが伝うことで発生する電極層の腐食を防止でき、基板の面積を削減することのできる信頼性の高いヘッド用基板を提供することができる。

〔第一の実施形態〕
次に、図４（ｂ）に示す隣接する２つの供給口列の間に設けられた一方の素子列と接続する電極層と他方の素子列に接続する電極層を共通とする構成について具体的に説明する。

図４（ｂ）の液体吐出ヘッド用基板は、複数の供給口３０３からなる供給口列を複数有して設けられており、供給口列の両側には、図１に示すように複数の発熱素子２０１からなる２列の素子列が、供給口列を中心にして対称となるように設けられている。ここでは、隣接する供給口列を第一の供給口列と第二の供給口列とすることとする。

ヘッド用基板８２は、第一の供給口列と第二の供給口列との間に、第一の供給口列に沿って設けられた第一の素子列に属する複数の発熱素子２０１と、第二の供給口列に沿って設けられた第二の素子列に属する複数の発熱素子２０１とが設けられている。さらに、第一の供給口列と第二の供給口列との間には、１つの第一の凹部１０５が設けられている。第一の素子列からなる発熱素子２０１と第二の供給口列に沿って設けられた第二の素子列からなる発熱素子２０１とは、貫通電極２０５を介して１つの第一の凹部１０５の内側に設けられた電極層２０２と電極層２０３とに共通に接続している。

〔液体吐出ヘッド用基板の製造方法〕
以下液体吐出ヘッド用基板の製造方法について説明する。

シリコンからなる基板１０１の第一の面１０２に、ＴａＳｉＮ等からなる抵抗層と、Ａｌ等の電極とを形成して発熱素子２０１を複数設ける。さらに発熱素子２０１を駆動するための駆動回路の複数からなる駆動回路部２０４と、外部との電気的な接続を得るための接続端子２０７を半導体製造技術により形成する。発熱素子２０１の上には、発熱素子２０１をインク等から保護する保護層２０８を形成する。保護層２０８の上には、フォトリソグラフィ技術を用いて液体を吐出するための吐出口３０１と、吐出口３０１に連通する流路３０２とを有するエポキシ樹脂などの樹脂を主成分とする吐出口部材３０４を形成する。これにより、図５（ａ）に示す基板１０１を用意する。

次に、図５（ｂ）に示すように、基板１０１の第一の面１０２と反対の面である第二の面１０３に、感光性レジストをスピンコート法等で全面に塗布する。塗布した感光性レジストに、フォトリソグラフィ技術を用いて露光・現像を行う。これにより、第二の面１０３に基板１０１にエッチングを施す開口領域を定めるマスク５０１が形成される。次に、ＴＭＡＨやＫＯＨなどの強アルカリ系の水溶液をエッチャントとし、基板１０１の結晶異方性エッチングを行う。シリコンは、結晶方位が〈１１１〉面のエッチングレートが遅いため、強アルカリを用いてエッチングを行うと、基板１０１の第二の面１０２に対して約５４．７度の角度の傾斜面を有するようにエッチングが行われる。

このとき、マスク５０１を第一の凹部１０５を形成する凹部と、供給口を形成する一部となる第一の供給口部として用いられる第二の凹部１０６とが開口するように設けることで、第一の凹部１０５と第二の凹部１０６とを一括で形成することができる。第一の凹部１０５と第二の凹部１０６が、第二の面１０３から所望の深さである第３の面１０４となるまで同時に形成された後、マスク５０１をレジスト剥離剤あるいはマスク剤のエッチング液に浸漬する事により除去する。これにより、基板１０１に第二の面１０２から第三の面１０３にかけて連続する傾斜面を有する第一の凹部１０５及び第二の凹部１０６を設けることができる。

次に、図５（ｃ）に示すように、基板の第二の面１０３側にスピンコート法、スリットコート法、或いはスプレー塗布法などの方法を用いて感光性レジストを全面に塗布する。このレジストに、フォトリソグラフィ技術を用いて露光・現像を行い、ドライエッチングを行う際の開口位置を規定するマスク５０２を形成する。その後、ＢＯＳＣＨプロセス等の深堀ＲＩＥ法を用いてエッチングを行うことで、基板１０１の第一の面１０２と第三の面との間の領域に貫通電極２０５となる貫通孔が設けられる。その後、マスク５０２を、レジスト剥離剤あるいはマスク剤のエッチング液に浸漬する事により除去する（図５（ｄ））。

次に、貫通電極２０５と基板１０１との絶縁性を確保するための絶縁層を、酸化シリコンや窒化シリコンや、パリレン等の樹脂をＣＶＤ法で全面に成膜する。その後、フォトリソグラフィ技術を用いて、貫通孔の設けられた領域にマスクを設け、ＲＩＥ等の手法により絶縁層のエッチングを行うことで、不要な個所の絶縁層を除去する。

さらに貫通孔に蒸着法等を用いて金属膜を設け、フォトリソグラフィ技術等を用いてパターニングを行うことにより、基板の第３の面１０４から第一の面１０２に電気接続が可能な貫通電極２０５が形成される。また、貫通電極が低抵抗である必要がある場合は、金属膜を蒸着した後に電解めっき法を用いて貫通孔の内部を導電材料で充填することが出来る。

次に第二の面１０３に、拡散防止層５０３として例えばチタンタングステン等の高融点金属材料を全面に成膜する。次に配線層として優れているめっき用導体層５０４を真空成膜等により全面に成膜する。ここでは導体金属として金を用いる。この時、拡散防止層とめっき用導体金層の密着性を向上するために、めっき用導体層５０４を蒸着する前に拡散防止膜の酸化膜除去してから、めっき用導体金属を成膜することが望ましい。

その後図５（ｅ）に示すようにめっき用導体の金層の表面に、フォトレジストをスピンコート法、スリットコート法、或いはスプレー塗布法などの方法を用いて全面に塗布する。このとき、所望とする配線の厚さよりも厚くなるようにフォトレジストを塗布する。例えば、１５μｍのめっき厚を形成する場合は、２０μｍのフォトレジスト膜厚となる条件で塗布を行う。

次に、フォトリソグラフィ法にてレジスト露光・現像を行い、配線を形成する部位のめっき用導体の金層を露出し、型材となるマスク５０５の形成を行う。

次に、電解めっき法により亜硫酸金塩の電解浴中で、めっき用導体の金層に電流を流し、マスク５０５で覆われていない領域に金を析出させ、複数の貫通電極２０５と接続する電極層２０２と電極層２０３を形成する。電極層２０２と電極層２０３を異なる膜厚とする場合は、レジスト工程と金めっき工程を繰り返す事で、配線膜厚を制御することが出来る。

上記工程により電極層２０３及び電極層２０２を形成した後、フォトレジストの剥離液に浸漬させることによりフォトレジストの除去を行う。

次に、窒素系有機化合物、よう素、よう化カリウムとを含むエッチング液に浸漬させることで、電極層２０２及び電極層２０３の最表層とめっき用導体層５０４とを除去し、拡散防止層５０３を露出させる。その後、電極層２０２及び電極層２０３をマスクとして用い、過酸化水素系のエッチング液に浸漬させることで、拡散防止層５０３を除去する。以上の工程により、図５（ｆ）に示すように基板１０１の第３の面１０４に電極層２０３及び電極層２０２を形成する。

図５（ｇ）に示すように第二の面１０３にフォトレジストをスピンコート法、スリットコート法、或いはスプレー塗布法などの方法を用いて全面に塗布する。次に、供給口３０３の一部となる第二の供給口部である貫通部１０９の開口予定の部分を設けるために、フォトリソグラフィ法にてレジスト露光・現像を行い、マスク５０６のパターン形成を行う。

次に図５（ｈ）に示すように、基板の第３の面１０４からＢＯＳＣＨプロセス等の深堀りＲＩＥ法により、基板の第３の面１０４と基板第一の面１０２とを貫通する第二の供給口部として用いられる貫通部１０９を設ける。これにより、インクを供給するために用いられる第二の凹部１０６と貫通部１０９からなる供給口３０３が形成される。

貫通部１０９の開口面積に対して第二の凹部１０６は、インクの供給量を確保するために開口面積が大きくなるように設けられている。そのため、貫通電極２０５の貫通孔と供給口３０３の貫通部１０９とは、エッチング速度が異なる可能性があるため、ばらつきを抑えるために其々に適したエッチング条件でエッチングを行うことが出来るように別々の工程でエッチングを行う。しかし、図６に示すように貫通電極２０５の貫通孔と供給口３０３の貫通部１０９を設けたい位置にマスク５０２で開口を設け、ドライエッチング等で貫通電極２０５の貫通孔と貫通部１０９とを一括で形成することも出来る。貫通電極２０５の貫通孔を設ける工程と、供給口３０３の貫通部１０９を設ける工程を同時に行うことで、工程数を削減することが出来、ヘッド用基板の製造コストを削減することができる。

以上の工程により作製された液体吐出ヘッド用基板は、ウェハ上に同時に複数が形成されるため、これを切り出すことで１つの液体吐出ヘッド用基板が設けられる。

次に、このような液体吐出ヘッド用基板に支持基板４０１が接合されることで液体吐出ヘッドとなる。以下支持基板４０１の一例について説明する。

図４（ｂ）に示すように樹脂からなる部材４０２は、第一の凹部１０５の異方性エッチングで設けられた第二の面１０３から連続する斜面と、第三の面１０４とに接触するように設けられている。さらに部材４０２は、第一の凹部１０５の部材４０２の面と、基板１０１の第二の面１０３とを平坦になるように設けている。ヘッド用基板は、吐出口３０１が設けられた面とは反対側の実装面を支持基板４０１の接続面とを接合することで実装される。ヘッド用基板の実装面と支持基板４０１の接続面とは、接合部材として第一の凹部１０５に設けられたものとおなじ樹脂からなる部材４０２を用いて接合されている。接合部材は、第一の凹部１０５に設けられたものとおなじ樹脂からなる部材４０２以外の材料を用いて接合することもできるが、同じ材料を用いて接合することで工程数の削減を行うことができるとともに、第一の凹部１０５の面との密着性を良くすることが出来る。

以上のように基板１０１の第一の凹部１０５を樹脂からなる部材４０２で封止し、さらに第二の面１０２と支持基板４０１と接合させることで、供給口３０３から電極層２０２及び電極層２０３までの距離を斜面とした分だけ長く設けることができる。これにより、インクが支持基板４０１と基板１０１の界面を伝い電極層を腐食することを防止でき、信頼性の高いヘッド用基板を提供することが出来る。

ヘッド用基板の、図３のＢ−Ｂ’方向の断面を模式的に示した一例が図７（ａ）である。ここでは、吐出口部材３０４等を省略して示している。第一の凹部１０５の内側に設けられた電極層２０２及び電極層２０３は、各発熱素子２０１の個別に設けられた個別電力配線２０６と接続する複数の貫通電極２０５と電気的に接続し、発熱素子２０１の素子列と平行に設けられている。さらに第一の凹部１０５は、樹脂からなる部材４０２を第一の凹部１０５に充填することで、基板１０１の第二の面１０３と第一の凹部１０５の面が平坦となるように設けられている。さらに、吐出口３０１が設けられた面とは反対側の実装面である第二の面１０３と、支持基板４０１の接続面とが接合することで実装される。ヘッド用基板の実装面と支持基板４０１の接続面とは、第一の凹部１０５に設けられたものとおなじ樹脂からなる部材４０２を用いて接合されている。

接続端子２０７は、複数の貫通電極の列の端部に位置する貫通電極２０５を介して基板１０１の第一の面１０２において、支持板６０１に設けられた電気配線基板６０２の接続部６０３と接続し、外部と電気的に接続している。さらにこの接続部は、インク等と接触しないように封止剤６０４によって封止されている。このように、貫通電極２０５と接続端子２０７との接続部を第一の面１０２側に設けることで、基板１０１の支持基板４０１と接続する第二の面を平坦にすることができる。

以上のように基板を貫通する複数の貫通電極２０５を、基板の第二の面と第三の面の間に位置する領域で電極層２０２及び電極層２０３と接続し、第一の凹部１０５に樹脂からなる部材４０２を設けることで、基板の第二の面を平坦に保つことができる。さらに、第一の凹部１０５を樹脂からなる部材４０２を用いて封止し、さらに第二の面１０２と支持基板４０１と接合させることで基板の面積を増大させることなく、供給口列から電極層２０２及び電極層２０３までの距離を長く設けることができる。これにより、支持基板４０１と基板１０１の界面をインクが伝うことで発生する電極層の腐食を防止でき、基板の面積を削減することのできる。

また、図７（ｂ）のように、電極層２０２を第二の面１０３に設けられた接続端子２０７と接続させることもできる。このとき、第二の面１０３に外部と電気的に接続される接続端子２０７が設けられている。第三の面１０４に設けられ、複数の貫通電極２０５と電気的に接続している電極層２０２と電極層２０３が、第二の面１０３に伸びて設けられており接続端子２０７と電気的に接続している。さらに接続端子２０７は、支持基板４０１に設けられた接続部６０３と電気的に接続されることで、外部と電気的に接続している。接続部は、インク等と接触しないように封止剤６０４によって封止されている。接続端子２０７を第二の面１０３に設けることで、第一の面１０２に接続端子２０７を設ける領域を確保する必要が無く、基板の面積を削減することができる。このように、基板の面積を削減することで一枚のシリコン基板から形成できるヘッド用基板の数を増やすことが出来、製造コストを削減することが出来る。

以上のように、設けることで電気接続部へのインクの染み込み防止を達成することができ、かつ、面積を縮小することができる液体吐出ヘッド用基板を提供することを目的としている。

さらに基板を貫通する複数の貫通電極２０５を、基板の第二の面と第三の面の間に位置する領域に設けた電極層２０２及び電極層２０３で接続することで、基板の第二の面が凹凸にならないように平坦に保つことが出来る。支持基板４０１の接続面とヘッド用基板の実装面を平行に保ち、吐出口からのインクの吐出方向を所望の方向とできる状態で実装できる信頼性の高いヘッド用基板を提供することができる。

〔第二の実施形態〕
次に、他の支持基板４０１を用いた液体吐出ヘッドの一例について説明する。液体吐出ヘッド用基板８２については、第一の実施形態と同様な製造方法を用いて設ける。

図８（ａ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’方向の断面模式図の一例であり、供給口列が複数設けられ、隣接する供給口列の間の領域に、複数の発熱素子２０１と接続する電極層２０２及び電極層２０３からなる電力配線１３を設けた構成を示している。図８（ｂ）は、１つの供給口列を有する液体吐出ヘッドの図３（ｂ）のＣ−Ｃ’方向の断面模式図の一例を示している。

インクを発熱素子２０１に供給する複数の供給口３０３からなる供給口列は、発熱素子２０１が設けられた基板の第一の面１０２と反対の面である第二の面１０３に設けられた供給口列の第二の凹部１０６と貫通部１０９で構成される。支持基板の開口３０から供給口３０３を通って供給されるインクは、発熱素子２０１で発生するエネルギーによって、吐出口３０１から吐出されることで、被記録媒体への記録動作が行われる。吐出口３０１と吐出口を連通する流路３０２とは、樹脂からなる吐出口部材３０４で形成されている。発熱素子２０１の上部には、インクから保護するために保護層２０８が設けられており、保護層２０８の上側に吐出口部材３０４が設けられている。

発熱素子２０１と接続し、発熱素子２０１に電流を供給する個別電力配線２０６は、貫通電極２０５を介して基板１０１の第二の面１０３に設けられた第一の凹部１０５の内側において、共通のＧＮＤＨ配線やＶＨ配線に用いられる電力配線１３と接続している。電力配線１３は、素子列に沿って設けられており、１つの電力配線１３は、ＧＮＤＨ配線とＶＨ配線のどちらか１方のみと接続されている。ＧＮＤＨ配線とＶＨ配線との両方を第一の凹部１０５の内側に設ける場合は、２つの電力配線１３を設けられている。

第一の凹部１０５の内側には、基板の面に垂直な方向に関して基板の厚さが、第二の面１０３と第一の面１０２との厚さより薄くなるような第三の面１０４が設けられている。電力配線１３は、接続部材として用いられるバンプ６を介して支持基板４０１の実装面２１より膜厚が厚い凸部２２に設けられ、端子として用いられる電気接続端子１４と電気的に接続している。さらにバンプ６と電気接続端子１４と電力配線１３が設けられた第一の凹部１０５と凸部２２との間は、樹脂などからなる部材４０２を用いてバンプ６と電気接続端子１４と電力配線１３を被覆するように封止されている。

図９は、ヘッドの図３のＢ−Ｂ’方向の断面模式図の一例である。素子列の方向に沿って、複数の発熱素子２０１其々に設けられた個別電力配線２０６と接続する複数の貫通電極２０５が設けられている。複数の貫通電極２０５は、基板１０１の第一の凹部１０５の内側で電力配線１３と接続されている。

図９（ａ）では、バンプ６が電力配線１３と電気接続端子１４の全面に設けられている構成を示しているが、電気的接続が可能であれば図９（ｂ）に示すような２つのバンプ６のみを設けることもできる。このように基板の凹部と、支持基板４０１の凸部で電気的接続を行い、バンプの周囲をアミン硬化型エポキシ樹脂組成物などからなる樹脂からなる部材４０２を用いて被覆して封止を行っている。部材４０２としては１種類の材料のみならず複数の材料を用いて封止しても良い。また、接着材料を用いることもできる。

以上のように、基板の凹部と支持基板４０１の凸部とで電気的接続を行い、凹部と凸部の隙間を封止することで、ヘッド基板をさらに縮小してもバンプ６と供給口３０３との距離を、バンプへのインクの染み込みを防止できるの距離とすることができる。

次に、液体吐出ヘッド用基板に接合される支持基板の製造方法を示しながら、具体的に説明する。

第一の凹部の深さより薄いシリコンを主成分とする基板（第三の基板）に開口幅約９００μｍとなるようにレジストマスクを設ける。さらに第一の基板と同様にＴＭＡＨ等の強アルカリをエッチャントとして用い、凸部用部材となる部分以外の部分を結晶異方性エッチングで除去する。このとき用いる第三の基板の面も、シリコンの結晶方位〈１００〉面とすることにより基板の面に対して第一の斜面と同じ約５４．７度の傾斜角を有する第二の斜面をもつ凸部用部材を設けることができる。

さらに、インクを供給する開口３０を有するアルミナなどからなる基板（第二の基板）の実装面２１に、凸部用部材を接着させることで図６（ｂ）に示す凸部２２を有する支持基板４０１を設ける。さらにこの支持基板４０１の凸部２２に電気接続端子１４と金などの導電材料からなるバンプ６を設ける。

次に、ヘッド用基板８２の第一の斜面を有する第一の凹部１０５と、図１０（ｂ）に示す支持基板４０１の第二の斜面を有する凸部２２を嵌合する。このとき支持基板４０１の開口３０と、ヘッド用基板８２の供給口３０３とが、一致するように設ける。これによりヘッド用基板８２の電力配線１３と、支持基板４０１のバンプ６を電気的に接続させることができ、支持基板４０１の開口３０からヘッド用基板８２の供給口にインクを供給することができる。

その後、バンプ６と電気接続端子１４と電力配線１３が設けられた第一の凹部１０５と凸部２２との間隙に、アミン硬化型エポキシ樹脂組成物からなる樹脂からなる部材４０２を充填し、被覆することで図８（ａ）に示すように封止する。

以上のように、ヘッド用基板８２に第一の凹部１０５、支持基板４０１に凸部２２を設けてその部分で電気的接続を行い、さらに第一の凹部と凸部との傾斜面を部材４０２で封止する。これによりヘッド基板をさらに縮小してもバンプ６と供給口３０３との距離を、バンプ６へのインクの染み込みを防止できる距離とすることができる。

第一の凹部１０５の第一の斜面とほぼ平行な凸部２２の第二の斜面との間を樹脂などからなる部材４０２で封止することにより、確実に被覆させて封止を行うことができ、インクによる腐食をより効果的に防止することができる。これにより、ヘッド基板をさらに縮小しても、バンプ６と電力配線１３へのインクの染み込みを防止できる液体吐出ヘッドを提供することが出来る。

〔第三の実施形態〕
本実施形態においては、第二の実施形態に示す液体吐出ヘッドの支持基板の他の製造方法を示す。ヘッド用基板に関しては第一の実施形態と同様に設けたものを用いている。

支持基板４０１は、耐熱性・耐薬品性に優れるポリサルホン樹脂を用いて、素子列と直交する方向の幅を９００μｍとし、高さ４２５μｍの凸部２２と、インクを供給するための開口３０とを有するように射出成型を行う（図１１（ａ））。なお、耐熱性・耐薬品性を有する射出成型が可能な樹脂であれば同様に支持基板４０１として用いることができ、例えばポリエーテルサルホン樹脂、ポリヘニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリプロピレン樹脂等も用いることができる。

このとき、凸部２２は、ヘッド用基板の第一の凹部１０５と同じ傾斜角である第二の斜面を有するように設ける。

次に、支持基板４０１の凸部２２に金などの導電材料からなるバンプ６と、電気接続端子１４とを形成する（図１１（ｂ））。

ヘッド用基板８２と、図１１（ｂ）に示す支持基板４０１を結合させ、電気的な接続を行う。なお支持基板４０１の開口３０と、ヘッド用基板８２の供給口３０３とは、一致させるように接着させる。これにより、支持基板４０１からヘッド用基板８２にインクを供給することができる。

その後、さらにバンプ６と電気接続端子１４と電力配線１３が設けられた第一の凹部１０５と凸部２２との約５０μｍの間隙に、アミン硬化型エポキシ樹脂組成物からなる部材４０２を充填することで図８（ａ）に示すように封止する。

以上のように、ヘッド用基板８２に第一の凹部１０５、支持基板４０１に凸部２２を設けてその部分で電気的接続を行い、さらに第一の凹部と凸部との傾斜面を部材４０２で封止する。これによりヘッド基板をさらに縮小してもバンプ６と供給口３０３との距離を、バンプ６へのインクの染み込みを防止できる距離とすることができる。

さらに、支持基板４０１を第一の凹部に対応するように、樹脂部材で射出成型することにより第一の斜面とほぼ同じ傾斜角度の傾斜面を有すると支持基板４０１を設ける。このように、第一の凹部１０５の第一の斜面と、ほぼ平行な凸部２２の第二の斜面と、の間を樹脂などからなる部材４０２で封止することで、より確実にバンプ６と電力配線１３を被覆して封止することができる。これにより、ヘッド基板をさらに縮小してもインクの染み込みを防止できる液体吐出ヘッドを提供することが出来る。

また、本実施例に示すような射出成型技術を用いることにより、第二の実施形態に示すような凸部のエッチング工程やアルミナ基板を接着させる工程を削減することができ、製造コストの削減を行うこともできる。

以上本発明の説明に用いた実施形態では、インクジェット記録方式を用いた記録装置に適用できる液体吐出ヘッドについて説明を行ったが、本発明はそれに限定されるものではなく、圧電素子などの振動エネルギーによって液滴を吐出させる方式にも適用可能である。

８２ 液体吐出ヘッド用基板
８３ 液体吐出ヘッド
１０１ 基板
１０２ 第一の面
１０３ 第二の面
１０４ 第三の面
１０５ 領域
２０１ 素子
２０２、２０３ 電極層
２０５ 電極
３０３ 供給口
４０１ 支持基板
４０２ 部材

Claims (18)

1. 液体を吐出するために用いられるエネルギーを発生する素子が複数設けられた第一の面と、凹部が設けられた、前記第一の面の反対側の第二の面と、前記第一の面と前記第二の面との間を貫通した液体の供給口と、を有する基板と、
   複数の前記素子とそれぞれ電気的に接続され、前記基板の、前記第一の面と前記凹部の内側との間を貫通して設けられた複数の電極と、
   前記複数の電極に共通に電気的に接続され、前記内側に設けられた電極層と、
   前記電極層を被覆する様に前記凹部に設けられた、樹脂からなる部材と、
   を有することを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。
2. 前記基板は前記供給口を複数有しており、複数の前記供給口を配列することで供給口列が構成していることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板。
3. 複数の前記素子が配列されることで構成される素子列が前記供給口列を挟むように設けられていることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド用基板。
4. 前記供給口列は複数設けられており、隣接する第一の供給口列と第二の供給口列の間の領域に位置する、前記第一の供給口列に対応する第一の素子列に属する素子と第二の供給口列に対応する第二の素子列に属する素子と、が前記電極層に共通に電気的に接続されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液体吐出ヘッド用基板。
5. 前記基板は、前記第二の面と連続し、前記第二の面から前記第二の面に対して斜め方向に前記第一の面と前記第二の面との間の位置まで設けられた斜面を有し、前記部材は前記斜面と接していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
6. 前記第二の面に、液体吐出ヘッド用基板に電力を供給するための接続端子と電気的に接続することが可能な接続端子が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板と、前記液体吐出ヘッド用基板を支持する支持基板とを有し、前記液体吐出ヘッド用基板の前記第二の面と、前記支持基板と、が接合されている液体吐出ヘッド。
8. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板と、
   前記液体吐出ヘッド用基板を前記第二の面の側から支持し、前記凹部の内側に設けられた凸部と、該凸部に設けられ前記電極層と電気的に接続された接続部材と、前記供給口と連通し、前記供給口に液体を供給するための開口と、が設けられた支持基板と、
   を有し、
   前記部材は、前記凹部の内側から前記第二の面までの前記液体吐出ヘッド用基板と前記支持基板との間に、前記電極層と前記接続部材とを被覆するように設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
9. 前記凹部は、前記第二の面と連続し、前記第二の面から前記第一の面と前記第二の面との間の位置まで設けられた第一の斜面を有し、
   前記凸部は、前記第一の斜面とほぼ平行な第二の斜面を有し、
   前記第一の斜面と前記第二の斜面との間に、前記樹脂からなる部材が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
10. 液体を吐出するために用いられるエネルギーを発生する素子を有する液体吐出ヘッド用基板の製造方法において、
    前記素子が複数設けられた第一の面と、凹部が設けられた、前記第一の面の反対側の第二の面と、前記第一の面と前記凹部の内側との間を貫通した複数の貫通孔と、前記第一の面と前記第二の面との間を貫通した液体の供給口と、を有する基板を用意する工程と、
    前記複数の貫通孔に導電性材料を供給し、複数の前記素子とそれぞれ電気的に接続する複数の電極を前記第一の面と前記凹部の内側との間に設ける工程と、
    前記複数の電極に共通に電気的に接続する電極層を前記内側に設ける工程と、
    樹脂からなる部材を前記電極層を被覆する様に前記凹部に設ける工程と、
    を有することを特徴とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
11. 前記基板に前記凹部を一括して複数設け、複数の前記凹部に対応した前記貫通孔を複数設け、一方の凹部に対応して設けられた前記貫通孔に前記導電性材料を提供することで前記電極を形成し、前記一方の凹部に隣接して設けられた他方の凹部を、前記基板を貫通して設けられ前記素子に液体を供給するための供給口の一部となる第一の供給口部とし、前記他方の凹部に対応して設けられた前記貫通孔を前記供給口の他の部となる第二の供給口部とすることを特徴とする請求項１０に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
12. 前記基板はシリコンからなり、前記凹部は結晶異方性エッチングによって設けられることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
13. 前記基板はシリコンからなり、複数の前記貫通孔は、異方性エッチングにより設けられることを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
14. 前記電極層は、めっき法により形成されることを特徴とする請求項１０乃至請求項１３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
15. 液体を吐出するために用いられるエネルギーを発生する素子が複数設けられた第一の面と、凹部が設けられた、前記第一の面の反対の面である第二の面と、前記第一の面と前記第二の面との間を貫通した液体の供給口と、を備える第一の基板と、複数の前記素子と電気的に接続され、前記基板の前記第一の面と前記凹部の内側との間を貫通して設けられた複数の電極と、前記複数の電極に共通に電気的に接続され、前記内側に設けられた電極層と、を備えた液体吐出ヘッド用基板を提供する工程と、
    前記電極層と電気的に接続できる接続部材が設けられた凸部と、前記供給口に液体を供給するための開口と、を有する支持基板を、前記凸部が前記液体吐出ヘッド用基板の前記内側の位置となり、前記開口と前記供給口とが連通するように、前記支持基板を提供する工程と、
    前記電極層と前記接続部材とを電気的に接続させる工程と、
    前記凹部の内側から前記第二の面までの前記液体吐出ヘッド用基板と前記支持基板との間に、前記電極層と前記接続部材とを被覆するように、樹脂からなる部材を設ける工程と、
    を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
16. 前記支持基板を提供する工程は、
    前記開口を有する第二の基板を提供する工程と、
    前記凸部を形成するための凸部用部材と前記第二の基板とを接着する工程と、
    前記凸部に前記接続部材を設ける工程と、
    を有することを特徴とする請求項１５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
17. 前記第一の基板は、シリコンにより形成され、前記凹部は、前記第一の基板の一部を結晶異方性エッチングによって除去することによって得られ、前記凸部用部材は、シリコンの第三の基板を結晶異方性エッチングして前記凸部用部材となる部分以外の部分を除去することによって得られることを特徴とする請求項１６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
18. 前記支持基板を提供する工程は、
    前記開口と前記凸部とを有する樹脂からなる部材を射出成型により形成する工程と、
    前記凸部に前記接続部材を設ける工程と、
    を含むことを特徴とする請求項１５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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