JP3464790B2 - Ink jet recording head chip and recording apparatus - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギを利用
してインク液滴を記録媒体に向けて飛翔させる形式のイ
ンク噴射記録ヘッドにおける、インク噴射記録ヘッドチ
ップ、インク噴射記録ヘッドチップの製造方法および記
録装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording head chip and a method for manufacturing the ink jet recording head chip in an ink jet recording head of a type in which thermal energy is used to fly ink droplets toward a recording medium. And a recording device.

【０００２】[0002]

【従来の技術】パルス加熱によってインクの一部を急速
に気化させ、その膨張力によってインク液滴をオリフィ
スから吐出させる方式のインクジェット記録装置は特開
昭４８−９６２２号公報、特開昭５４−５１８３７号公
報等によって開示されている。2. Description of the Related Art An ink jet recording apparatus of a type in which a part of ink is rapidly vaporized by pulse heating and an ink droplet is ejected from an orifice by its expansive force is disclosed in JP-A-48-9622 and JP-A-54-54. No. 51837, for example.

【０００３】このパルス加熱の最も簡便な方法は発熱抵
抗体にパルス通電することであり、その具体的な方法が
日経メカニカル１９９２年１２月２８日号５８ページ、
及びHewlett-Packard-Journal,Aug.1988で発表されてい
る。これら従来の発熱抵抗体の共通する基本的構成は、
薄膜抵抗体と薄膜導体を酸化防止層で被覆し、この上に
該酸化防止層のキャビテーション破壊を防ぐ目的で、耐
キャビテーション層を１〜２層被覆するというものであ
った。The simplest method of pulse heating is to energize the heating resistor with a pulse, and the specific method is Nikkei Mechanical, December 28, 1992, p. 58,
And Hewlett-Packard-Journal, Aug. 1988. The common basic configuration of these conventional heating resistors is
The thin film resistor and the thin film conductor are coated with an antioxidation layer, and one or two cavitation resistant layers are coated on the antioxidation layer for the purpose of preventing cavitation destruction of the antioxidation layer.

【０００４】この複雑な多層構造を抜本的に簡略化する
ものとして、特開平０６−７１８８８号公報に記載のよ
うに、前記酸化防止層と耐キャビテーション層を不要と
する発熱抵抗体を用いて印字する方法がある。この場合
は、薄膜抵抗体がインクと直接接触しているため、パル
ス加熱によるインクの急激な気化とそれによるインクの
吐出特性が大幅に改善され、熱効率の大幅な改善と吐出
周波数の向上を図ることができた。このような画期的な
性能を実現できた最大の理由は、耐パルス性、耐酸化
性、耐電食性に優れたＣｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ又はＴａ−Ｓ
ｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体とＮｉ薄膜導体から構成され
る発熱抵抗体を用いたことにあり、如何なる保護層も必
要としないことによる。As a radical simplification of this complicated multilayer structure, as described in JP-A-06-71888, printing is performed by using a heating resistor which does not require the antioxidant layer and the cavitation resistant layer. There is a way to do it. In this case, since the thin film resistor is in direct contact with the ink, the rapid vaporization of the ink due to pulse heating and the resulting ink ejection characteristics are greatly improved, and the thermal efficiency and the ejection frequency are significantly improved. I was able to. The biggest reason why such epoch-making performance can be realized is Cr-Si-SiO or Ta-S excellent in pulse resistance, oxidation resistance, and electrolytic corrosion resistance.
This is because the heating resistor composed of the i-SiO alloy thin film resistor and the Ni thin film conductor is used, and no protective layer is required.

【０００５】このように、従来技術に比較して、大幅に
小さな投入エネルギでインク噴射が可能となったので、
この発熱抵抗体を駆動用ＬＳＩチップ上のデバイス領域
に近接して形成しても、もはやＬＳＩデバイスを加熱し
て温度上昇をもたらすこともなく、非常に簡単な構成の
モノリシックＬＳＩヘッドを実現することができるよう
になった。これについては本出願人が先に出願した特開
平０６−２３８９０１号及び特開平０６−２９７７１４
号に記載の通りである。この新しい技術によって、多く
のインク噴射ノズルを持つオンデマンド型のインク噴射
記録ヘッドが高密度に、しかも２次元的に集積化して製
造することができるようになり、しかもその駆動を制御
する配線本数が大幅に削減できるので実装方法も非常に
簡略化することができた。As described above, since it is possible to eject ink with much smaller input energy as compared with the prior art,
Even if this heating resistor is formed in the vicinity of the device area on the driving LSI chip, it will no longer heat the LSI device to cause a temperature rise, and realize a monolithic LSI head with a very simple structure. Is now possible. Regarding this, the applicant has previously filed Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 06-238901 and 06-297714.
It is as described in No. With this new technology, an on-demand type ink jet recording head having many ink jet nozzles can be manufactured with high density and two-dimensionally integrated, and the number of wirings for controlling the drive Since it can be significantly reduced, the implementation method could be greatly simplified.

【０００６】更に、保護層の不要な薄膜発熱抵抗体は、
優れた発泡消滅特性（特願平０５−２７２４５１号）を
持つことが考えられ、この特性を利用すれば、この発熱
抵抗体面と垂直又はほぼ垂直方向にインク滴を吐出させ
る方式のサーマル型のインク噴射記録ヘッドにおいて
は、新しい駆動方法によってクロストークを大幅に低減
できることが予想される（特願平０６−４９２０２号参
照）。これにより、個別インク通路の長さを短くしてイ
ンクの流路抵抗を小さくできることを示しており、吐出
インクの補充時間の短縮、すなわち印字速度の大幅な向
上も達成できると考えられる。Further, the thin film heating resistor which does not require a protective layer is
It is conceivable that the ink has excellent foam disappearance characteristics (Japanese Patent Application No. 05-272451), and if this characteristic is utilized, a thermal type ink of a system that ejects ink droplets in a direction perpendicular or almost perpendicular to the surface of the heating resistor. In the jet recording head, it is expected that crosstalk can be significantly reduced by a new driving method (see Japanese Patent Application No. 06-49202). This shows that the length of the individual ink passage can be shortened to reduce the flow resistance of the ink, and it is considered that the replenishment time of the ejected ink, that is, the printing speed can be greatly improved.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】このような状況下、本
発明の目的は、ヘッドクリーニングの削除又は大巾な削
減を可能とするために、オリフィスプレートの表面層を
撥水処理するとともに、オリフィスプレートに形成され
るノズル列を高密度に２次元的に配列したヘッド基板を
薄膜プロセスを用いて効果的に、すなわち工程数を削減
して製造できる、例えば、ノズル配列密度を従来技術の
３倍以上として１６００ｄｐｉのインク噴射記録ヘッド
チップ、およびこのインク噴射記録ヘッドチップを用い
た記録装置を提供することである。Under these circumstances, the object of the present invention is to make the surface layer of the orifice plate water repellent and to make the orifice plate water-repellent so that head cleaning can be eliminated or greatly reduced. A head substrate in which nozzle rows formed in a plate are two-dimensionally arranged at high density can be manufactured effectively by using a thin film process, that is, the number of steps can be reduced. For example, the nozzle arrangement density is three times that of the conventional technology. As described above, the ink jet recording head chip of 1600 dpi and this ink jet recording head chip are used.
It is to provide a recording device.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的の達
成のためになされたものであり、本願発明者が自らが見
いだしたサーマルインク噴射記録ヘッドにおけるクロス
トークを大幅に低減でき印字速度の大幅な向上を達成で
きる新しい駆動方法（特願平０６−４９２０２号）を、
特開平０６−２９７７１４号公報に記載の大規模高集積
密度の一体型サーマルインク噴射記録ヘッドに適用し、
その際ヘッドの構造面に変更を加えることによって、高
性能化を達成することができ、製造技術的にも大幅な改
善が行えることが明らかとなったのである。The present invention has been made in order to achieve the above-mentioned object, and can significantly reduce the crosstalk in the thermal ink jet recording head found by the inventor of the present application, thereby reducing the printing speed. A new drive method (Japanese Patent Application No. 06-49202) that can achieve a significant improvement,
It is applied to a large-scale high-density integrated thermal ink jet recording head described in JP-A 06-297714,
At that time, it was clarified that a high performance can be achieved by making a change in the structure of the head and a great improvement in the manufacturing technology can be achieved.

【０００９】すなわち、上記目的は、基板上に形成され
た薄膜抵抗体と薄膜導体からなる複数個の発熱抵抗体
と、前記複数個の発熱抵抗体のそれぞれに対応して、前
記基板上に形成された薄膜抵抗体の略垂直上方に設けら
れ、前記複数個の発熱抵抗体に順次パルス通電すること
によって前記発熱抵抗体と垂直又はほぼ垂直方向にイン
ク滴を吐出する複数個の吐出口が穿孔されて形成された
プレートと、このプレートに穿孔された複数個の吐出口
のそれぞれに対応して前記基板と前記プレート間に設け
られ、前記基板と前記プレート間に設けられた隔壁によ
って仕切られた複数個の個別インク通路とを有し、前記
プレートは、プレート基材とこのプレート基材に積層さ
れた複数の層とを有し、前記複数の層として、前記吐出
口の周りのプレートの表層に撥水性を有する分散めっき
被膜が、その下層に金属薄膜が形成され、かつ前記金属
薄膜をマスクとするドライエッチングによって前記吐出
口が前記プレート基材に穿孔されたことを特徴とするイ
ンク噴射記録ヘッドチップによって達成される。That is, the above-mentioned object is formed on the substrate corresponding to each of the plurality of heat-generating resistors formed of the thin-film resistor and the thin-film conductor on the substrate and the plurality of heat-generating resistors. A plurality of ejection openings provided substantially vertically above the formed thin film resistor and ejecting ink droplets in a direction perpendicular or substantially perpendicular to the heating resistors by sequentially energizing the heating resistors in pulses. The plate formed by the above-described method and the plurality of ejection openings perforated in the plate are provided between the substrate and the plate, and are partitioned by partition walls provided between the substrate and the plate. and a plurality of individual ink passages, the
The plate is laminated to the plate substrate and this plate substrate.
And a plurality of layers, wherein a plurality of layers, the dispersion plating film having water repellency to the surface of the plate around the discharge opening, the metal thin film is formed on the lower layer, and the metal
Discharge by dry etching using a thin film as a mask
This is achieved by an ink jet recording head chip characterized in that a mouth is perforated in the plate substrate .

【００１０】その際、前記分散めっき被膜の膜厚は、
０．０１〜５μｍであるのが好ましい。また、前記金属
薄膜の膜厚は、０．０５〜１μｍであるのが好ましい。
前記金属薄膜は、Ｎｉ薄膜であって、このＮｉ薄膜を被
めっき電極として用いて前記分散めっき被膜が形成され
るのが好ましい。また、前記分散めっき被膜は、Ｎｉめ
っき液を用いて形成されるのが好ましい。 また、本発明
は、前記インク噴射記録ヘッドチップを備えたインク噴
射記録ヘッドを搭載したことを特徴とする記録装置を提
供する。 At this time, the thickness of the dispersed plating film is
It is preferably 0.01 to 5 μm. The thickness of the metal thin film is preferably 0.05 to 1 μm.
The metal thin film is a Ni thin film, and the Ni thin film is covered.
The dispersed plating film is formed by using it as a plating electrode.
Is preferred. Further, the dispersion plating film is Ni
It is preferably formed using a plating solution. Also, the present invention
Is an ink jet equipped with the ink jet recording head chip.
Providing a recording device that is equipped with an injection recording head
To serve.

【００１１】前記インク噴射記録ヘッドチップは、例え
ば、以下のインク噴射記録ヘッドの製造方法によって製
造される。 すなわち、前記発熱抵抗体の形成された前記
基板上に隔壁を設けた後、この隔壁の上に前記吐出口を
形成すべきプレートを接着し、この接着されたプレート
の表面に前記金属薄膜を形成し、前記吐出口を形成する
プレートの部分に対応した前記金属薄膜の部分にフォト
エッチングにより穴をあけ、このフォトエッチングの行
なわれた金属薄膜をマスクとするドライエッチングによ
り、前記プレートに前記吐出口を穿孔する。さらに、こ
の後、前記プレートにドライエッチングを行なって前記
吐出口を穿孔した後、前記金属薄膜の表面に、前記金属
薄膜を被めっき電極として用いて撥水性被膜を形成す
る。 The ink jet recording head chip is, for example,
For example, use the following ink jet recording head manufacturing method.
Is built. That is, after a partition is provided on the substrate on which the heating resistor is formed, a plate on which the ejection port is to be formed is adhered onto the partition, and the metal thin film is formed on the surface of the adhered plate. Then, a hole is formed by photoetching in the portion of the metal thin film corresponding to the portion of the plate that forms the discharge port, and the discharge port is formed in the plate by dry etching using the photoetched metal thin film as a mask. Perforate. Furthermore, this
After that, the plate is dry-etched to
After perforating the discharge port, the metal film on the surface of the metal thin film
Form a water-repellent film using a thin film as an electrode to be plated
It

【００１２】その際、前記プレートに対して行なうドラ
イエッチングは、反応性ドライエッチングであるのが好
ましく、さらに、前記反応性ドライエッチングによっ
て、前記プレートに筒形状の吐出口を形成するのが好ま
しい。At this time, the dry etching performed on the plate is preferably reactive dry etching, and further, it is preferable that a cylindrical ejection port is formed on the plate by the reactive dry etching.

【００１３】また、前記インク噴射記録ヘッドチップの
製造方法は、前記複数個の個別インク通路を連通させる
よう前記基板の表側面に設けられたインク溝と、前記基
板の裏側面とを連通する少なくとも１個の連結穴を形成
する工程を含むのが好ましい。その際、前記インク溝の
幅を１００〜２００μｍの範囲とし、前記連結穴のサイ
ズを３００〜６００μｍ×６００〜１０００μｍの範囲
とし、この連結穴が１００〜３００個の吐出口に対して
１個の割合で穿たれるのがよい。また、インク噴射記録
ヘッドチップの製造方法は、前記基板をＳｉ基板とし、
このＳｉ基板上に駆動用ＬＳＩを形成する工程を含むの
がよい。Further, in the method of manufacturing the ink jet recording head chip, at least the ink groove provided on the front surface of the substrate so as to communicate the plurality of individual ink passages and the back surface of the substrate are communicated with each other. It is preferable to include the step of forming one connecting hole. At that time, the width of the ink groove is in the range of 100 to 200 μm, the size of the connecting hole is in the range of 300 to 600 μm × 600 to 1000 μm, and one connecting hole is provided for every 100 to 300 ejection ports. It is good to be worn in proportion. Further, in a method for manufacturing an ink jet recording head chip, the substrate is a Si substrate,
It is preferable to include a step of forming a driving LSI on this Si substrate.

【００１４】また、インク噴射記録ヘッドチップの製造
方法によって得られるインク噴射記録ヘッドチップを、
前記連結穴の数と同数あるいはそれ以下のインク供給路
を備えたフレームに固定し、配線実装してインク噴射記
録ヘッドを組み立てるのがよい。An ink jet recording head chip obtained by the method of manufacturing an ink jet recording head chip is
It is preferable that the ink jet recording head is assembled by fixing to a frame provided with an ink supply path of the same number as or less than the number of the connecting holes and mounting the wiring.

【００１５】本発明のインク噴射記録ヘッドチップで
は、オリフィスプレートの表面層のみに撥水処理ができ
るので、ヘッドクリーニングの削除又は大巾な削減が可
能となる。 In the ink jet recording head chip of the present invention,
Water-repellent treatment can be applied only to the surface layer of the orifice plate.
Head cleaning can be eliminated or drastically reduced.
It becomes Noh.

【００１６】また、上記のようなプロセスでインク噴射
記録ヘッドチップを製造することによって、以下に示す
ような作用を得ることができる。 Further , ink ejection is performed by the above process.
By manufacturing the recording head chip,
Such an action can be obtained.

【００１７】プレートの吐出口をプレート接着後のフォ
トエッチングによって形成することにより、発熱抵抗体
と吐出口の位置合わせが容易となり、１６００ｄｐｉと
いう従来技術の３倍以上の高集積密度のインク噴射記録
ヘッドも製造可能となる。 The discharge port of the plate is connected to the plate after the plate is bonded.
Heat-generating resistor
The position of the discharge port can be easily adjusted to 1600 dpi.
Ink jet recording with high integration density that is three times higher than the conventional technology
The head can also be manufactured.

【００１８】プレートに反応性ドライエッチングによる
エッチングを行なうことによって、円筒形状の吐出口と
することができ、温度によって印字濃度が変化せず、ま
た、サテライトドロップも発生しないインク噴射記録ヘ
ッドとすることができる（本発明者の特許出願、特願平
０６−２１０６０号、特願平０６−１５６９４９号参
照）。また、３〜１０°傾斜させた円筒形状の吐出口と
することも可能で、これはラインヘッドのような長尺ヘ
ッドを製造する上で不可欠な方法を提供できる（本発明
者の特許出願、特願平０５−３１８２７２号参照）。 By reactive dry etching on the plate
By performing etching,
The print density does not change depending on the temperature.
In addition, the ink jet recording that does not generate satellite drops
(The present inventors' patent application, Japanese patent application
06-21060, Japanese Patent Application No. 06-156949
See). Also, with a cylindrical discharge port inclined at 3 to 10 °
It is also possible to use a long head like a line head.
It is possible to provide an indispensable method for manufacturing a pad (the present invention
Japanese patent application, Japanese Patent Application No. 05-318272).

【００１９】狭いインク溝とこれに沿って設けられる比
較的少ない連結穴は、インク噴射記録ヘッドの製造時に
おけるＳｉウエハの割れによる歩留低下を防ぐ。 Narrow ink groove and ratio provided along it
Relatively few connecting holes are used when manufacturing ink jet recording heads.
In this way, the yield reduction due to the cracking of the Si wafer can be prevented.

【００２０】Ｓｉウエハ上に薄膜プロセスのみを用いて
数万〜数１０万ノズルを一括して製造することができる
ので、大規模高集積密度のインク噴射記録ヘッドを安価
に提供できる。Since tens of thousands to hundreds of thousands of nozzles can be collectively manufactured on a Si wafer using only a thin film process, a large-scale and highly integrated ink jet recording head can be provided at low cost.

【００２１】従来技術のプリンタに不可欠であった種々
の制御機構等（ヘッド温度の制御、駆動パルス巾制御、
カラーバランス制御、等々）を削除できるプリンタを実
現できる。Various control mechanisms and the like (head temperature control, drive pulse width control,
A printer that can delete color balance control, etc.) can be realized.

【００２２】駆動用ＬＳＩの製造中に形成されるＳｉ基
板上のＳｉＯ₂ 層を発熱抵抗体の断熱層として利用でき
ると共に、インク溝形成時におけるフォトマスクとして
も利用でき、工程数を削除できる。また、インク溝と連
結穴が同時に形成でき、工程数を削減できる。The SiO ₂ layer on the Si substrate formed during the manufacture of the driving LSI can be used as a heat insulating layer of the heating resistor and also as a photomask when forming the ink groove, and the number of steps can be eliminated. Further, the ink groove and the connection hole can be formed at the same time, and the number of steps can be reduced.

【００２３】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明のインク噴射記録ヘ
ッドチップおよびインク噴射記録ヘッドチップの製造方
法について、図面を用いて実施例を説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the ink jet recording head chip and the method for manufacturing the ink jet recording head chip of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【００２４】〔実施例１〕 図１は本発明のインク噴射記録ヘッドチップの一例であ
るインク噴射記録ヘッドチップ（以下、単にヘッドチッ
プという）を備えたインク噴射記録ヘッドの１ノズル列
分の断面図であり、この断面図に示されているＡ−
Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’断面図の各々を図２の
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。インク吐出ノズル１２
の配列密度が４００ｄｐｉ（ドット／インチ）のインク
噴射記録ヘッド（以下、単にヘッドという）を例に、そ
の製造方法を以下に示す。Example 1 FIG. 1 is an example of an ink jet recording head chip of the present invention.
Ink jet recording head chip (hereinafter simply referred to as head chip
Is a cross-sectional view of one nozzle row of an ink jet recording head provided with a line A-) shown in this cross-sectional view.
2A, 2B, and 2C are cross-sectional views taken along lines A ′, BB ′, and CC ′, respectively. Ink ejection nozzle 12
An example of an ink jet recording head having an array density of 400 dpi (dots / inch) (hereinafter, simply referred to as a head) will be described below as to a manufacturing method thereof.

【００２５】本実施例は、（１）Ｓｉウエハの第１面に
駆動用ＬＳＩを形成する工程と、（２）駆動用ＬＳＩの
形成されたＳｉウエハの第１面に薄膜抵抗体及び薄膜導
体を形成する工程と、（３）薄膜抵抗体及び薄膜導体の
形成されたＳｉウエハの第１面にインク通路を構成する
隔壁層を形成する工程と、（４）隔壁層の形成されたＳ
ｉウエハの両面からＳｉ異方性エッチングによってイン
ク溝および連結穴を形成する工程と、（５）インク溝お
よび連結穴の形成されたＳｉウエハの第１面に、吐出口
を形成すべきプレート（オリフィスプレート）を接着す
る工程と、（６）Ｓｉウエハに接着されたオリフィスプ
レートにフォトエッチングによって前記吐出口を形成す
る工程と、（７）オリフィスプレートに吐出口の形成さ
れたＳｉウエハを切断してヘッドチップに分割する工程
と、（８）フレームにヘッドチップをダイボンディング
し、配線実装して組み立てる工程、を含む製造方法であ
る。In this embodiment, (1) a step of forming a driving LSI on the first surface of the Si wafer, and (2) a thin film resistor and a thin film conductor on the first surface of the Si wafer on which the driving LSI is formed. And (3) a step of forming a partition wall layer forming an ink passage on the first surface of the Si wafer on which the thin film resistor and the thin film conductor are formed, and (4) S having a partition layer formed.
a step of forming ink grooves and connecting holes by Si anisotropic etching from both sides of the i-wafer; and (5) a plate on which a discharge port is to be formed on the first surface of the Si wafer in which the ink grooves and connecting holes are formed ( (6) adhering the orifice plate), (6) forming the ejection port on the orifice plate adhered to the Si wafer by photoetching, and (7) cutting the Si wafer having the ejection port formed on the orifice plate. And the step of (8) die-bonding the head chip to the frame, wiring mounting, and assembling.

【００２６】（１）の工程 Ｓｉウエハ１の第１面に駆動用ＬＳＩデバイス２を形成
する。これには（１１０）Ｓｉウエハ用に若干の変更が
加えられた標準的なバイポーラＬＳＩ製造プロセスが適
用される。なお、ここに言う標準的なバイポーラＬＳＩ
製造プロセスとは、（１００）Ｓｉウエハ又は（１０
０）から約４度傾いたＳｉウエハ（４°ＯＦＦＳｉウエ
ハ）に対して確立されているバイポーラＬＳＩ製造プロ
セスのことである。そしてインク溝１４が配置される部
分のＳｉＯ₂ 膜をフォトエッチングによって除去してお
く。これはＳｉ異方性エッチングの時のフォトレジスト
として用いるための準備である。Step (1) The drive LSI device 2 is formed on the first surface of the Si wafer 1. This applies a standard bipolar LSI manufacturing process with some modifications for (110) Si wafers. The standard bipolar LSI referred to here
The manufacturing process means (100) Si wafer or (10)
0) is a bipolar LSI manufacturing process established for a Si wafer (4 ° OFF Si wafer) inclined by about 4 degrees. Then, the SiO ₂ film in the portion where the ink groove 14 is arranged is removed by photoetching. This is a preparation for use as a photoresist during Si anisotropic etching.

【００２７】なお、このＳｉＯ₂ 膜はＬＳＩ製造工程中
に形成されているもので、熱酸化ＳｉＯ₂ 膜、ＳＯＧ膜
（スピンオングラスＳｉＯ₂ 膜）、ＰＳＧ膜（リン入り
ＳｉＯ₂ 膜）並びにＡｌ多層配線用層間ＳｉＯ₂ 膜等の
積層膜からなっており、合計膜厚約２μｍである。ま
た、ここでは駆動用ＬＳＩデバイス２をバイポーラとす
る例を示したが、ＢｉＣＭＯＳ，ＰｏｗｅｒＭＯＳとす
ることも可能であり、どれを選択するかはウエハの製造
コストとチップサイズ、並びに製造歩留まり等を総合し
て決定される。This SiO ₂ film is formed during the LSI manufacturing process, and includes a thermally oxidized SiO ₂ film, an SOG film (spin-on-glass SiO ₂ film), a PSG film (phosphorus-containing SiO ₂ film) and an Al multilayer. It is composed of a laminated film such as a wiring interlayer SiO ₂ film and has a total film thickness of about 2 μm. In addition, although the example in which the driving LSI device 2 is bipolar is shown here, it is also possible to use BiCMOS or PowerMOS. Which is selected depends on the wafer manufacturing cost, the chip size, the manufacturing yield, and the like. Will be decided.

【００２８】図１、２に示される駆動用配線導体７は次
の（２）工程で形成される薄膜発熱抵抗体３を駆動する
ための配線であり、電源、グランドの他、データ、クロ
ック、ラッチなどの駆動信号を伝えるための配線であ
る。外部からはこの基板の片側に配線されている接続端
子から各配線導体に信号などが入力されるようになって
いる。なお、スルーホール接続部６は駆動用ＬＳＩデバ
イス２と各薄膜発熱抵抗体３とを個別配線導体４で接続
するための接続点である。The drive wiring conductor 7 shown in FIGS. 1 and 2 is a wiring for driving the thin film heating resistor 3 formed in the next step (2), and includes power, ground, data, clock, It is a wiring for transmitting a drive signal such as a latch. From the outside, a signal or the like is input to each wiring conductor from a connection terminal wired on one side of this substrate. The through-hole connecting portion 6 is a connection point for connecting the driving LSI device 2 and each thin film heating resistor 3 with the individual wiring conductor 4.

【００２９】（２）の工程 前記Ｓｉウエハ１にＣｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ又はＴａ−Ｓｉ
−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体とＮｉ金属薄膜をスパッタ法で
形成し、フォトエッチングで薄膜発熱抵抗体３、個別薄
膜導体４、共通薄膜導体５を形成する。これらの形成方
法については、本発明者の特許出願、特開平０６−７１
８８８号、特願平０５−９０１２３号、特願平０５−２
７２４５２号等に詳しく記載したので省略するが、合金
薄膜抵抗体は酸素を含むアルゴン雰囲気中での反応性ス
パッタ法で、Ｎｉ金属薄膜は高磁場中での高速スパッタ
法で形成する。尚、これらのヒータとＳｉウエハの間に
は、上に述べたＬＳＩの製造中に形成されている約２μ
ｍ厚さのＳｉＯ₂ 層があり、これをヒータの断熱層とし
て利用する。また、合金薄膜抵抗体の膜厚は約０．１μ
ｍ、Ｎｉ薄膜は約１μｍ、このヒータの抵抗値は約３０
０Ωである。Step (2) Cr-Si-SiO or Ta-Si is formed on the Si wafer 1.
A -SiO alloy thin film resistor and a Ni metal thin film are formed by a sputtering method, and the thin film heating resistor 3, the individual thin film conductors 4, and the common thin film conductor 5 are formed by photoetching. Regarding the formation method of these, as for the patent application of the present inventor, JP-A 06-71
888, Japanese Patent Application No. 05-90123, Japanese Patent Application No. 05-2
Although detailed description is omitted here, the alloy thin film resistor is formed by a reactive sputtering method in an argon atmosphere containing oxygen, and the Ni metal thin film is formed by a high speed sputtering method in a high magnetic field. In addition, between these heaters and the Si wafer, about 2 μm formed during the manufacture of the above-mentioned LSI.
There is a m-thick SiO ₂ layer, which is used as a heat insulating layer for the heater. The thickness of the alloy thin film resistor is about 0.1μ.
m, Ni thin film is about 1 μm, the resistance value of this heater is about 30
It is 0Ω.

【００３０】（３）の工程 前記Ｓｉウエハ１の第１面に２０μｍ厚さのポリイミド
を積層させ、有機ケイ素系レジストを用いたフォトドラ
イエッチングによって隔壁８を形成する。この場合のエ
ッチングはドライエッチング、特に反応性ドライエッチ
ング法の採用が微細化の点で優れている。この反応性ド
ライエッチングは電子サイクロトロン共鳴によって励起
させた酸素プラズマによって行ったが、垂直にきれいな
形状で隔壁を形成することができ、個別インク通路９と
共通インク通路１０が形成される。Step (3) Polyimide having a thickness of 20 μm is laminated on the first surface of the Si wafer 1, and the partition 8 is formed by photo dry etching using an organic silicon resist. In this case, the dry etching, particularly the reactive dry etching method, is excellent in terms of miniaturization. This reactive dry etching was performed by oxygen plasma excited by electron cyclotron resonance, but the partition wall can be formed vertically in a clean shape, and the individual ink passage 9 and the common ink passage 10 are formed.

【００３１】ポリイミド材料による隔壁８の形成方法と
しては、感光性ポリイミドの塗布、露光、現像、硬化と
いう方法を用いる方が簡単であるが、現時点ではその膜
厚は１０μｍ程度が限界であり、その厚膜化が待たれて
いる。しかし、インク吐出ノズル１２の配列密度が８０
０ｄｐｉと超高密度の場合は隔壁８の厚さは１０μｍ程
度でも良く、現時点でも利用可能である。このように隔
壁８の構成材料に耐熱性樹脂を用いる例は今まで例がな
い。As a method of forming the partition wall 8 made of a polyimide material, it is easier to use a method of coating, exposing, developing and curing a photosensitive polyimide, but at present, the film thickness is limited to about 10 μm. A thick film is awaited. However, the arrangement density of the ink ejection nozzles 12 is 80
In the case of an ultra high density of 0 dpi, the partition wall 8 may have a thickness of about 10 μm and can be used at this time. Thus far, there is no example in which the heat-resistant resin is used as the constituent material of the partition wall 8.

【００３２】従来は、耐熱性の低い感光性レジスト材料
を用いるのが通例であったため、発熱抵抗体の表面温度
のパルス発熱（３００℃以上）に耐え得るように、これ
から充分に離れた位置（約１０μｍ）に隔壁を形成しな
ければならず、ノズルの配列密度は４００ｄｐｉが従来
技術の最大値となっていた。Conventionally, it has been customary to use a photosensitive resist material having low heat resistance, and therefore, a position sufficiently far away from the heat resisting resistor so that it can withstand pulse heat generation (300 ° C. or higher) of the surface temperature of the heat generating resistor ( The partition wall must be formed in a thickness of about 10 μm, and the nozzle array density is 400 dpi, which is the maximum value of the conventional technology.

【００３３】これに対して本発明では、図４に例示する
ように、発熱抵抗体３の温度が３００℃以上に上昇して
も、隔壁材料として熱分解開始温度が４００℃を超える
ポリイミドのような耐熱性樹脂を用いる限り、信頼性の
高い隔壁として使用できるのである。すなわち、８００
ｄｐｉ（Ｗ＝２２μｍ、Ｔ＝９μｍ、Ｈ＝１７μｍ）の
ヘッドに対し、フォトエッチングによる製造誤差を考え
ても充分に信頼性の高い隔壁が形成できるのである。そ
して、図５に示すように、一本のインク溝の両側に８０
０ｄｐｉのノズル列を形成することによって、１６００
ｄｐｉの配列密度を持つフルカラー用ラインヘッドも製
作可能となるのである。このためには次に述べる（５）
と（６）の工程のノズル形成プロセスが必須となること
は言うまでもない。On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 4, even if the temperature of the heating resistor 3 rises to 300 ° C. or higher, the partition wall material is made of polyimide whose thermal decomposition starting temperature exceeds 400 ° C. As long as a heat-resistant resin is used, it can be used as a highly reliable partition wall. That is, 800
For a head of dpi (W = 22 μm, T = 9 μm, H = 17 μm), a sufficiently reliable partition wall can be formed even if a manufacturing error due to photoetching is taken into consideration. Then, as shown in FIG.
By forming a 0 dpi nozzle array, 1600
A full-color line head having an array density of dpi can be manufactured. For this purpose, we will discuss (5) below.
Needless to say, the nozzle forming process of the steps (6) and (6) is essential.

【００３４】（４）の工程 前記Ｓｉウエハ１の裏面に連結穴１５のためのフォトレ
ジストを形成し、ウエハの両面からＳｉ異方性エッチン
グによってインク溝１４と連結穴１５を同時に形成す
る。異方性エッチング液としてはヒドラジン水溶液、Ｋ
ＯＨ水溶液、エチレンジアミン水溶液等が利用でき、
（１１０）Ｓｉウエハの場合は図１に示すように垂直に
エッチングされるのが特徴である。一方、（１００）又
は４°ＯＦＦＳｉウエハを利用する場合は図６に示すよ
うに約５５°の傾斜を持ってエッチングされるので、Ｓ
ｉ基板の開口面は若干広くしておく必要がある。異方性
エッチングは、このようにＳｉ単結晶の（１１０）又は
（１００）面と（１１１）面とのエッチング速さが極端
に違う性質を利用したもので、通常の等方性エッチング
では不可能な加工も出来るという特徴を持っている。本
発明は、発熱抵抗体３とＳｉ基板１の間に設けなければ
ならない断熱層として駆動用ＬＳＩ製造工程中に形成さ
れるＳｉＯ₂ 膜を利用し、しかもそれをそのまま異方性
エッチング用レジストとしても用い、しかもインク溝と
連結穴を一回のエッチングで同時に形成するところに大
きな特徴がある。Step (4) A photoresist for the connecting hole 15 is formed on the back surface of the Si wafer 1, and the ink groove 14 and the connecting hole 15 are simultaneously formed on both sides of the wafer by Si anisotropic etching. Anisotropic etchant is hydrazine solution, K
OH aqueous solution, ethylenediamine aqueous solution, etc. can be used,
The (110) Si wafer is characterized in that it is vertically etched as shown in FIG. On the other hand, when a (100) or 4 ° OFFSi wafer is used, it is etched with an inclination of about 55 ° as shown in FIG.
The opening surface of the i substrate needs to be slightly wider. The anisotropic etching utilizes the property that the etching speeds of the (110) or (100) plane and the (111) plane of the Si single crystal are extremely different from each other, and is not possible in normal isotropic etching. It has the feature that it can be processed. The present invention uses the SiO ₂ film formed during the driving LSI manufacturing process as a heat insulating layer that must be provided between the heating resistor 3 and the Si substrate 1, and uses it as an anisotropic etching resist as it is. Another major feature is that the ink groove and the connection hole are simultaneously formed by one etching.

【００３５】なお、上記した異方性エッチング液はＮｉ
薄膜やポリイミド隔壁を若干エッチングする場合もあ
り、このためエッチング時間を極力短くしなければなら
ないケースもある。この場合には、上記（１）または
（２）の工程後、Ｓｉウエハの第１面を保護した状態で
第２面にフォト異方性エッチングで深い連結穴１５を形
成しておく方法が有効となる。このようなウエハを
（４）工程で両面から異方性エッチングを行うと、イン
ク溝１４の形成と連結穴１５の追加エッチングの時間は
１/ ５〜１/ １０に短縮でき、実害のない加工ができ
る。The above anisotropic etching solution is Ni
In some cases, the thin film or the polyimide barrier ribs may be slightly etched, so that the etching time may need to be shortened as much as possible. In this case, after the step (1) or (2), it is effective to form the deep connecting hole 15 on the second surface of the Si wafer by photo anisotropic etching while protecting the first surface. Becomes When such a wafer is anisotropically etched from both sides in the step (4), the time for forming the ink groove 14 and the additional etching for the connection hole 15 can be shortened to 1/5 to 1/10, and processing without causing any actual damage. You can

【００３６】さて、インク溝１４の幅はＳｉ基板１の強
度低下、オリフィスプレート１１のたわみ及びチップサ
イズなどの観点から狭い方がよいが、連結穴１５の個数
を少なくし、しかもインク溝１４との組合せによるイン
クの流路抵抗を大きくしないためには広い方がよい。そ
して、共通インク通路１０の流路抵抗よりは十分小さく
することも考慮すると、インク溝１４の幅は１００〜２
００μｍが適当である。そして、このインク溝１４の断
面積と同等の断面積を連結穴１５の最小断面積とする
と、連結穴１５の基板面での穴径は（３００〜６００）
μｍ×（６００〜１０００）μｍの範囲とするのが適当
である。これらに対する実際のインク吐出のデータにつ
いては後に述べる。The width of the ink groove 14 is preferably narrow from the viewpoint of the strength of the Si substrate 1, the deflection of the orifice plate 11 and the chip size, but the number of connecting holes 15 is reduced and the ink groove 14 and In order not to increase the flow path resistance of the ink due to the combination of the above, the wider one is preferable. In consideration of making the flow resistance of the common ink passage 10 sufficiently smaller than that of the common ink passage 10, the width of the ink groove 14 is 100-2.
00 μm is suitable. Then, assuming that a cross-sectional area equivalent to the cross-sectional area of the ink groove 14 is the minimum cross-sectional area of the connection hole 15, the hole diameter on the substrate surface of the connection hole 15 is (300 to 600).
It is appropriate that the range is μm × (600 to 1000) μm. Actual ink ejection data for these will be described later.

【００３７】（５）の工程 オリフィスプレート１１として、前記Ｓｉウエハ１の第
１面に厚さ約６０μｍのポリイミドフィルム（厚さ約１
０μｍのエポキシ接着層を含む）を接着硬化させる。こ
のフィルムの厚さは吐出インク量と密接に関係してお
り、ノズルの配列密度が３００〜８００ｄｐｉの範囲で
は２０〜８０μｍの範囲から選択するのが良い。Step (5) As the orifice plate 11, a polyimide film (thickness: about 1 μm) having a thickness of about 60 μm is formed on the first surface of the Si wafer 1.
(Including 0 μm epoxy adhesive layer). The thickness of this film is closely related to the amount of ejected ink, and it is preferable to select from the range of 20 to 80 μm when the nozzle array density is in the range of 300 to 800 dpi.

【００３８】（６）の工程 このポリイミドフィルムに前記（３）の工程で説明した
のと同じフォトドライエッチングで４０μｍφのインク
吐出口１２を４００ｄｐｉの配列密度で発熱抵抗体３の
真上に形成する。この反応性ドライエッチングは２０μ
ｍφのインク吐出口を８００ｄｐｉの密度できれいな形
状であけることができることを確認している。Step (6) The ink discharge ports 12 having a diameter of 40 μm are formed on the polyimide film directly above the heating resistor 3 with the arrangement density of 400 dpi by the same photo dry etching as described in the step (3). . This reactive dry etching is 20μ
It has been confirmed that the mφ ink ejection port can be formed in a clean shape with a density of 800 dpi.

【００３９】なお、前記（５）と（６）の工程は、多く
のノズル列を形成した薄いオリフィスプレートをインク
通路の形成されている基板に位置合わせしながら接着す
る従来方法に比較し、格段の位置合わせ精度と製造歩留
まりの向上が達成できることは更めて説明するまでもな
いことであろう。そして、８００ｄｐｉあるいは１６０
０ｄｐｉという大規模高集積密度のヘッド（図５参照）
においては、この方法以外で製造することは不可能であ
る。また、長尺のラインヘッドを製造する場合、本発明
者による特許出願、特願平０５−３１８２７２号記載の
傾斜ノズル技術を利用すると容易に製造することが可能
となる。即ち、ドライエッチング装置内に設置する基板
の傾きを３〜１０゜傾斜させることで、インク吐出口を
垂直方向から３〜１０゜傾けてきれいに形成できる方法
があり、これが利用できる。The steps (5) and (6) above are significantly different from the conventional method in which a thin orifice plate having a large number of nozzle rows is aligned and bonded to a substrate having ink passages. It is needless to say that the improvement of the alignment accuracy and the manufacturing yield can be achieved. And 800 dpi or 160
Large scale and high integration density of 0 dpi (see Fig. 5)
In, it is impossible to manufacture other than this method. Further, in the case of manufacturing a long line head, it is possible to easily manufacture by using the inclined nozzle technology described in the patent application by the present inventor, Japanese Patent Application No. 05-318272. That is, there is a method in which the ink discharge port can be tilted by 3 to 10 degrees from the vertical direction to tilt the substrate installed in the dry etching apparatus by 3 to 10 degrees, and this can be used.

【００４０】（７）の工程 前記Ｓｉウエハ１を規定の寸法に切断してヘッドチップ
に分割する。Step (7) The Si wafer 1 is cut into specified dimensions and divided into head chips.

【００４１】（８）の工程 前記ヘッドチップを所定のインク供給路を有するフレー
ム１７にダイボンディングし、配線実装することによっ
てプリントヘッド、すなわち、インク噴射記録ヘッドと
して完成する。Step (8) The head chip is die-bonded to the frame 17 having a predetermined ink supply path and wiring-mounted to complete a print head, that is, an ink jet recording head.

【００４２】このヘッドがＡ４フルカラー用ラインヘッ
ドの場合の実装例を図３、図７、図８、図９に示す。な
お、図３は図７に示すＤ−Ｄ’断面図であり、図１に示
すモノクロ用のヘッド基板（１、８、１１）が、４色
（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）一体のヘッ
ドチップ（１、８、１１）としてフレーム１７上にダイ
ボンディングされている。An example of mounting when this head is an A4 full color line head is shown in FIGS. 3, 7, 8 and 9. 3 is a cross-sectional view taken along the line D-D 'shown in FIG. 7, in which the monochrome head substrate (1, 8, 11) shown in FIG. 1 is an integrated head of four colors (yellow, magenta, cyan, black). The chips (1, 8, 11) are die-bonded on the frame 17.

【００４３】図３におけるヘッドチップ（１、８、１
１）の幅は約６．８ｍｍであり、この中に約１．６ｍｍ
間隔で４色のノズル列（図７参照）が配置されている。
各色のインクはフレーム１７に設けられたインク供給パ
イプ１９のインク供給穴１８を通してフレーム１７側の
インク溝１６に供給され、このインク溝１６と平行して
形成されているＳｉ基板１内のインク溝１４へは、これ
らと平行して間歇的にあけられているＳｉ基板内の連結
穴１５を通して供給される。この連結穴１５は１００〜
３００個のインク吐出ノズルに対して１個の割合で形成
されているが、そのサイズ等、詳細は後で説明する。Head chips (1, 8, 1 in FIG. 3)
The width of 1) is about 6.8 mm, in which about 1.6 mm
Nozzle rows of four colors (see FIG. 7) are arranged at intervals.
The ink of each color is supplied to the ink groove 16 on the frame 17 side through the ink supply hole 18 of the ink supply pipe 19 provided in the frame 17, and the ink groove in the Si substrate 1 formed in parallel with the ink groove 16 is formed. 14 is supplied through a connection hole 15 in the Si substrate which is intermittently opened in parallel with these. This connecting hole 15 is 100-
One ink nozzle is formed for every 300 ink discharge nozzles, but details such as the size will be described later.

【００４４】本実施例では４００ｄｐｉの４色フルカラ
−用ラインヘッドの例を示すが、単色又は２〜３色のマ
ルチカラ−用とか、ノズル数を少なくした走査型ヘッド
を作れることは説明するまでもないであろう。In the present embodiment, an example of a 400 dpi 4-color full-color line head is shown. However, it is needless to say that a scanning type head having a reduced number of nozzles, such as a single-color or 2-3 color multi-color line head, can be manufactured. Would not.

【００４５】図３に示すＡ４フルカラーラインヘッドを
オリフィスプレート１１側から見た外観図を図７に、こ
の側面図を図８に、図７のＥ−Ｅ’断面の拡大図を図９
に示す。図７に示すように、Ａ４フルカラーラインヘッ
ドの４列に並ぶインク吐出ノズル列１２が４００ｄｐｉ
の密度で約２１０mmの長さで配置されている。これを半
導体分野で現在実用されている５インチ又は６インチＳ
ｉ基板から製造するため、１／２サイズのラインヘッド
チップ（１、８、１１）を作り、対称に作られた２チッ
プを中央部で突き合わせて１個のフレーム１７上にダイ
ボンディングして組み立てる。右側のヘッドを駆動する
電源と信号線は、Ｓｉ基板１の右端部からテープキャリ
ア２０によってフレーム１７の裏側に固定されているコ
ネクタ２１に接続される。押え金具２２はテープキャリ
ア２０の固定に利用される。Ｓｉ基板１の右端部で配線
とテープキャリア２０とが一括ボンディングされている
部分は樹脂モールドによって保護されているが、詳細な
構造は省略した。また、コネクタ２１の内部構造につい
ても省略した。なお、左側のヘッドについては左端部で
上記と同一の接続実装が行われていることは説明するま
でもないことである。FIG. 7 is an external view of the A4 full color line head shown in FIG. 3 as viewed from the orifice plate 11 side, FIG. 8 is a side view of the same, and FIG.
Shown in. As shown in FIG. 7, the ink ejection nozzle row 12 arranged in four rows of the A4 full color line head has 400 dpi.
They are arranged at a density of about 210 mm and a length of about 210 mm. This is a 5-inch or 6-inch S currently used in the semiconductor field.
Since it is manufactured from the i substrate, ½ size line head chips (1, 8, 11) are made, and two symmetrically made chips are butted at the central portion and die-bonded on one frame 17 to be assembled. . A power supply and a signal line for driving the right head are connected to the connector 21 fixed to the back side of the frame 17 by the tape carrier 20 from the right end portion of the Si substrate 1. The press fitting 22 is used to fix the tape carrier 20. The portion where the wiring and the tape carrier 20 are collectively bonded at the right end of the Si substrate 1 is protected by a resin mold, but the detailed structure is omitted. The internal structure of the connector 21 is also omitted. It is needless to say that the same connection mounting as described above is performed at the left end of the left head.

【００４６】この右半分と左半分のヘッドは、お互いに
インクの供給と駆動を完全に独立して行うことも可能と
なっている。そして、中央部での突合せ位置における印
字ドット位置の配列を乱すことなく、２個のヘッドチッ
プを容易に加工、組み立てる方法として、前にも述べた
本発明者の特許出願（特願平０５−３１８２７２号）に
なる技術を適用することは言うまでもない。なお、テー
プキャリア２０によって接続しなければならない電源、
信号線の本数は５〜６本／各色なので、ヘッドチップ端
面でギャングボンディングしなければならない端子密度
は約４本／mmであり、接続実装技術としては容易なレベ
ルである。なお、本願発明により製造されるインク噴射
記録ヘッドは、特開平０６−２９７７１４号に示される
サーマルインクジェットプリントヘッドと同様に、一見
すると特開昭５９−１３８４７２号公報記載のヘッド構
造と類似のものと見られ易いが、同公報記載の実施例の
共通液室（本願の共通インク通路）の幅（特開昭５９−
１３８４７２号公報のｌ寸法から決定される）が２〜８
５０ｍｍという範囲にあるのに対し、本願発明における
共通インク通路は同一基板に作られているインク溝と一
体的につながっており、しかもこれら全てを含めた幅が
０．２ｍｍ程度という桁違いに小さいものであるという
大きな違いを有する。The right and left halves of the head can supply and drive ink independently of each other. Then, as a method for easily processing and assembling the two head chips without disturbing the arrangement of the print dot positions at the abutting position in the central portion, the above-mentioned patent application of the present inventor (Japanese Patent Application No. 05- It goes without saying that the technology of No. 318272) is applied. In addition, the power supply that must be connected by the tape carrier 20,
Since the number of signal lines is 5 to 6 / each color, the terminal density that must be gang-bonded on the end face of the head chip is about 4 / mm, which is a level that is easy for connection mounting technology. The ink jet recording head manufactured by the present invention has a head structure similar to that described in JP-A-59-138472 at first glance, similar to the thermal ink jet print head disclosed in JP-A-06-297714. Although it is easy to see, the width of the common liquid chamber (common ink passage of the present application) in the embodiment described in the publication (Japanese Patent Laid-Open No. 59-
2 to 8) (determined from the l dimension of Japanese Patent No. 138472)
In contrast to the range of 50 mm, the common ink passage in the present invention is integrally connected to the ink groove formed on the same substrate, and the width including all of them is about 0.2 mm, which is an order of magnitude smaller. It has the big difference that it is a thing.

【００４７】このようにして製作したラインヘッド３１
を用いたＡ４フルカラープリンタの一実施例の断面図を
図１０に示す。図１０の詳細については本発明者の特許
出願、特開平０６−２９７７１４号、特願平０６−６５
００５号、特願平０６−１００１４３号、特願平０６−
１３７１９８号に記載したので省略するが、プリヒーテ
ィングと真空吸着搬送によって、普通紙、再生紙に対し
ても滲みのない高品質のフルカラー印刷が２０〜３０ｐ
ｐｍという超高速（従来技術の約１００倍）で印刷乾燥
することが可能となったのである。The line head 31 manufactured in this way
FIG. 10 shows a cross-sectional view of an embodiment of an A4 full color printer using the. For details of FIG. 10, the present inventors' patent application, Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-297714, and Japanese Patent Application No. 06-65.
No. 005, Japanese Patent Application No. 06-100143, Japanese Patent Application No. 06-
I omitted it because it was described in 137198, but by preheating and vacuum suction conveyance, high quality full color printing without bleeding on plain paper and recycled paper is 20 to 30p.
It became possible to print and dry at an extremely high speed of pm (about 100 times that of conventional technology).

【００４８】以下、図１０に示す構成のプリンタに種々
の条件で製作したラインヘッドを実装し、印字評価した
結果について説明する。なお、このラインヘッドの駆動
条件は、ヒータへの投入エネルギ密度が２．５Ｗ／５０
μｍ□×１μＳであり、本発明者の特許出願、特願平０
５−２７２４５１号記載のゆらぎ核沸騰を利用してい
る。また、奇数列のノズルを０．２μＳの時間差で順次
駆動させ、その後で偶数列のノズルを同じく０．２μＳ
の時間差で順次駆動、左半分と右半分のヘッドは同時に
駆動させる方法を採用しており、約０．３４ｍｓで１ラ
イン分（３３４０ドット×４色）の印字が完了する。こ
の駆動方法も、本発明者の特許出願、特願平０５−２３
１９１３号記載の吐出インク液滴が飛翔中に合体して印
字品質を低下させることのないヘッド駆動方法、並びに
特願平０６−４９２０２号記載のクロストークのないヘ
ッド駆動方法であり、高品質印字の可能な方法である。
なお、記録紙の搬送速度は１ライン／０．７ｍｓ（イン
ク吐出繰り返し周波数≒１．５ＫＨｚ）としており、Ａ
４用紙で約１５ｐｐｍの印刷速度に相当している。Hereinafter, the results of printing evaluation by mounting line heads manufactured under various conditions on the printer having the configuration shown in FIG. 10 will be described. The driving condition of this line head is that the energy density input to the heater is 2.5 W / 50.
μm □ × 1 μS, which is the patent application and Japanese Patent Application No. 0 of the present inventor
The fluctuation nucleate boiling described in No. 5-272451 is used. In addition, the nozzles in the odd rows are driven sequentially with a time difference of 0.2 μS, and then the nozzles in the even rows are also driven by 0.2 μS.
The method of sequentially driving the heads of the left half and the right half at a time difference of 2 is adopted, and printing of one line (3340 dots × 4 colors) is completed in about 0.34 ms. This driving method also applies to the patent application of the present inventor and Japanese Patent Application No. 05-23.
A high-quality printing method is a head driving method described in Japanese Patent Application No. 06-49202, which does not deteriorate the printing quality by combining ejected ink droplets described in 1913 during flight. Is a possible method.
The recording paper conveyance speed is 1 line / 0.7 ms (ink ejection repetition frequency ≈1.5 KHz).
This corresponds to a printing speed of about 15 ppm with four sheets.

【００４９】試作評価した４００ｄｐｉのＡ４フルカラ
ーラインヘッドは、Ｓｉ基板の厚さを４００μｍ、（１
１０）Ｓｉ基板の場合のインク溝１４の幅を１００μ
ｍ、連結穴１５の幅を３００μｍ、長さを６００μｍと
し、いずれも深さは２００μｍ強とした。（１００）又
は４°ＯＦＦＳｉ基板の場合は、インク溝１４の開口幅
を２００μｍ、連結穴の開口幅を６００μｍ、長さを１
０００μｍとし、インク溝１４と連結穴１５の実質的な
断面積を（１１０）Ｓｉ基板の場合とほぼ同等としてイ
ンク液路としての流路抵抗をそろえて評価した。また、
フレーム側インク溝１６の幅は５００μｍ、深さは２０
００μｍとし、インク供給穴１８は２５００μｍφとし
た。The 400-dpi A4 full-color line head that was prototype-evaluated had a Si substrate thickness of 400 μm ((1
10) The width of the ink groove 14 in the case of the Si substrate is 100 μm.
m, the width of the connection hole 15 was 300 μm, the length was 600 μm, and the depth was slightly more than 200 μm. In the case of (100) or 4 ° OFF Si substrate, the opening width of the ink groove 14 is 200 μm, the opening width of the connecting hole is 600 μm, and the length is 1
The ink groove 14 and the connecting hole 15 were made to have substantially the same cross-sectional area as that of the (110) Si substrate, and the flow resistance as an ink liquid path was aligned and evaluated. Also,
The frame-side ink groove 16 has a width of 500 μm and a depth of 20.
The ink supply hole 18 has a diameter of 2500 μm.

【００５０】この試作評価の主眼点は、本発明における
ヘッド構造でインクが円滑に供給できるかどうかを印字
結果から評価することであり、特にこの実施例では、イ
ンク吐出繰り返し周波数が約１．５ＫＨｚと遅い場合の
上記連結穴の最少値（１個の連結穴でカバーできる最大
ノズル数）を明らかにするのが目的である。そこで、１
個の連結穴でカバーできるノズル数を２００個、３００
個、４００個、となるように連結穴を均等にあけ、印字
デューティを２５％、５０％、１００％として印字さ
せ、インク供給不良によってもたらされる印画濃度の低
下を調べたところ表１に示す結果を得た。The main point of this trial evaluation is to evaluate whether or not the ink can be smoothly supplied by the head structure of the present invention from the printing result. Particularly, in this embodiment, the ink ejection repetition frequency is about 1.5 KHz. The purpose is to clarify the minimum value of the above-mentioned connecting holes (the maximum number of nozzles that can be covered by one connecting hole) in the case of slow speed. So 1
Number of nozzles that can be covered with one connecting hole is 200, 300
When the connection holes are evenly opened so that the number becomes 400, the printing duty is 25%, 50%, and 100%, and the decrease in the print density caused by the ink supply failure is examined, the results shown in Table 1 are obtained. Got

【００５１】[0051]

【表１】 [Table 1]

【００５２】この結果とほとんど同じ結果を（１００）
Ｓｉ基板のヘッドの場合も得ている。すなわち、この程
度の断面積を持つインク溝１４と連結穴１５において
は、３００ノズルに対して１個の割合で連結穴を設けれ
ば充分であること、この値はインク吐出周波数を低くす
れば余裕ができるが、高くすれば２００〜２５０ノズル
／連結穴程度にする必要があることを示している。Almost the same result as this result (100)
This is also obtained in the case of a Si substrate head. That is, in the ink groove 14 and the connection hole 15 having such a cross-sectional area, it is sufficient to provide one connection hole for every 300 nozzles. This value is obtained when the ink ejection frequency is lowered. Although there is a margin, it is necessary to increase the number to about 200 to 250 nozzles / connecting holes if the height is increased.

【００５３】一方、図５に示す１６００ｄｐｉのヘッド
で上記と同じインク溝１４と連結穴１５とした場合、ノ
ズル径を２０μｍφにして片側のノズル配列密度を８０
０ｄｐｉとして評価したところ、インク吐出周波数が同
じ１．５ＫＨｚ（Ａ４用紙で約４ｐｐｍの印刷速度）で
はその印字結果は表１と同じ結果となった。これはノズ
ルから吐出する単位時間当たりのインク量が、上記の４
００ｄｐｉヘッドと１６００ｄｐｉヘッドで同じなの
で、当然の結果とも言えよう。また、この１６００ｄｐ
ｉヘッドを長期連続印字させた場合の印字品質を評価し
たところ、何らの品質劣化も認められなかった。このこ
とは、隔壁材料にポリイミドという優れた耐熱性樹脂を
用いたことと、保護層不要の発熱抵抗体を用いて隔壁を
過加熱しないヘッドとしたこと、また、ヘッド温度の変
化があっても印刷濃度が変化しないヘッドとなっている
こと、によることは明らかである。そして、このような
１６００ｄｐｉという超高密度で高集積ノズルのヘッド
の製造についても、フォトドライエッチングを含む上述
のインク噴射記録ヘッドチップの製造方法によって初め
て可能となったのである。On the other hand, in the case of the 1600 dpi head shown in FIG. 5 having the same ink groove 14 and connecting hole 15 as described above, the nozzle diameter is 20 μmφ and the nozzle array density on one side is 80.
When evaluated as 0 dpi, the printing result was the same as in Table 1 at the same ink ejection frequency of 1.5 KHz (printing speed of about 4 ppm on A4 paper). This is because the amount of ink ejected from the nozzle per unit time is 4
The same result can be said to be the same for the 00 dpi head and the 1600 dpi head. Also, this 1600 dp
When the printing quality was evaluated when the i head was continuously printed for a long period of time, no quality deterioration was observed. This means that polyimide, which is an excellent heat-resistant resin, is used as the material of the partition wall, that the head does not overheat the partition wall by using a heating resistor that does not require a protective layer, and that even if the head temperature changes. It is obvious that the head has a print density that does not change. Further, the manufacturing of the head of such an ultra-high density nozzle having a high density of 1600 dpi is also described above including photo dry etching.
This became possible for the first time by the method of manufacturing the ink jet recording head chip.

【００５４】なお、このラインヘッドを１．５ＫＨｚで
印字する時は問題がないが、例えば５ＫＨｚで高速印字
する時には、フレームへのインク供給口１８（１９）の
数は２個程度、１０ＫＨｚでは３個程度に増やす方がイ
ンク供給が円滑となる。There is no problem when printing with this line head at 1.5 KHz, but when performing high-speed printing at 5 KHz, for example, the number of ink supply ports 18 (19) to the frame is about 2, and at 10 KHz it is 3 Ink supply becomes smoother when the number of inks is increased.

【００５５】〔実施例２〕インク吐出周波数が高くなる
と、１個の連結穴でカバーできるノズルの数が少なくな
る。これを調べるために、前記実施例と全く同一構造の
ヘッドであるが、ノズル数が５１２×４列のシリアルス
キャンタイプのヘッドを作り、インク吐出周波数を１０
ＫＨｚとして印字させた場合の印字品質を評価した。前
記実施例１が２個のヘッドチップを１個のフレーム上に
実装したのに対し、この実施例のヘッドは１個のヘッド
チップを１個のフレーム上に実装してあり、奇数列のノ
ズルからの吐出を０．２μＳおきに順次行い、引き続き
偶数列のノズルからの吐出を０．２μＳおきに行って、
１０２μＳで５１２ノズルの吐出が完了する。このヘッ
ドについても１個の連結穴１５でカバーできるノズル数
を１００個、１５０個、２００個となるように連結穴を
あけ、同じく印字デューティを２５％、５０％、１００
％として評価した。その結果を表２に示すが、連結穴を
１００ノズルに対し１個の割合で設ければ充分であるこ
とが分かる。[Embodiment 2] As the ink ejection frequency increases, the number of nozzles that can be covered by one connecting hole decreases. In order to investigate this, a head of the same structure as that of the above-described embodiment was used, but a serial scan type head having 512 × 4 rows of nozzles was prepared and the ink ejection frequency was set to 10.
The printing quality when printed as KHz was evaluated. In the first embodiment, two head chips are mounted on one frame, whereas in the head of this embodiment, one head chip is mounted on one frame, and the nozzles in odd rows are arranged. From the nozzles in the even-numbered rows are sequentially performed at intervals of 0.2 μS,
The ejection of 512 nozzles is completed at 102 μS. This head is also provided with connecting holes so that the number of nozzles that can be covered by one connecting hole 15 is 100, 150, and 200, and the print duty is 25%, 50%, 100.
It was evaluated as a percentage. The results are shown in Table 2, and it can be seen that it is sufficient to provide one connecting hole for 100 nozzles.

【００５６】[0056]

【表２】 [Table 2]

【００５７】ヘッドチップの製造、並びに組み立て中に
おける破損を防ぐためには、チップの折り曲げ強度を極
力低下させてはならない。このためには、チップに設け
るインク溝は極力狭く、連結穴も小さくて少ないことが
良いことは明らかである。上に述べた実施例はいくつか
行った試作の中で最もバランスのとれたインク溝と連結
穴のサイズであり、これを基にして連結穴の配置数の最
適化を行った結果を示している。したがって、インク溝
と連結穴をこれより大きくすると連結穴の配置数は若干
少なくはなる。しかし、Ｓｉ基板の強度低下などをもた
らし、総合的には劣ることになる。In order to prevent damage during the manufacture and assembly of the head chip, the bending strength of the chip should not be reduced as much as possible. For this purpose, it is clear that the ink groove provided in the chip should be as narrow as possible and the connecting hole should be small and small. The above-mentioned examples show the most balanced ink groove and connecting hole sizes among the several trial manufactures, and show the results of optimizing the number of connecting holes based on this. There is. Therefore, if the ink groove and the connecting hole are made larger than this, the number of connecting holes arranged is slightly reduced. However, the strength of the Si substrate is reduced, and the overall quality is poor.

【００５８】〔実施例３〕Ｎｉ薄膜導体はＡｌ等の導体
材料に比べ電気抵抗率が大きく、ラインヘッドのような
規模の大きなヘッドを形成する場合、即ち共通薄膜導体
の配線長が長くなる場合には、配線抵抗を大きくしない
ように、膜厚を増やさなければならない。[Embodiment 3] The Ni thin film conductor has a larger electric resistivity than a conductor material such as Al, and when forming a head having a large scale such as a line head, that is, when the wiring length of the common thin film conductor becomes long. Therefore, the film thickness must be increased so as not to increase the wiring resistance.

【００５９】しかし、膜厚を増やす場合には次のような
問題が生ずる。However, when the film thickness is increased, the following problems occur.

【００６０】１．スパッタ法によりＮｉ膜を形成する場
合、成膜中の基板温度が高いこと、また高速の原子やイ
オンが膜内に注入され体積膨張すること等により、形成
されたＮｉ膜中に圧縮応力が残留してしまう。このため
膜厚を大きくするに従って膜の応力も増加し、基板から
の膜の剥離や基板の変形、破損を引き起こし易くなる。1. When a Ni film is formed by the sputtering method, compressive stress remains in the formed Ni film due to the high substrate temperature during film formation and the high-speed injection of atoms and ions into the film to cause volume expansion. Resulting in. Therefore, as the film thickness increases, the stress of the film also increases, and the film peels from the substrate and the substrate is easily deformed or damaged.

【００６１】２．スパッタ法で厚い膜を形成するには長
時間かかる為、エネルギー消費の増加と生産性の低下を
引き起こす。2. It takes a long time to form a thick film by the sputtering method, which causes an increase in energy consumption and a decrease in productivity.

【００６２】３．膜形成後の導体パターンを形成する工
程でのエッチング時間も膜厚に比例して長くなり、サイ
ドエッチ量の増加によるパターン解像度の低下とフォト
レジストの剥離による不良率の増加を引き起こす。3. The etching time in the step of forming the conductor pattern after the film formation also becomes longer in proportion to the film thickness, which causes a decrease in pattern resolution due to an increase in the amount of side etching and an increase in the defect rate due to peeling of the photoresist.

【００６３】これらの問題点を解決するための具体的な
実施例を以下に示す。なお、ここではＮｉ薄膜導体を厚
くする工程のみを説明するが、その他は実施例１と同じ
であるので省略する。Specific examples for solving these problems will be shown below. Note that only the step of thickening the Ni thin film conductor will be described here, but the other steps are the same as those in the first embodiment and will not be described.

【００６４】先ず、図１１の（ａ）工程で示す約１μｍ
厚さのＳｉＯ₂ が形成されているＳｉ基板１上に、
（ｂ）工程でＣｒ- Ｓｉ- ＳｉＯ合金薄膜抵抗体３、Ｎ
ｉ薄膜導体４ａを連続スパッタ法で形成する。なお、こ
れらの薄膜の厚さは各々０. １μｍ、０. １μｍであ
る。厚さ０. １μｍのＮｉ薄膜の圧縮応力も実用的には
無視できるほどに十分小さい。First, about 1 μm shown in step (a) of FIG.
On the Si substrate 1 on which the thickness of SiO ₂ is formed,
In the step (b), the Cr-Si-SiO alloy thin film resistor 3, N
The i thin film conductor 4a is formed by a continuous sputtering method. The thickness of these thin films is 0.1 μm and 0.1 μm, respectively. The compressive stress of a 0.1 μm-thick Ni thin film is also small enough to be practically ignored.

【００６５】続いて（ｃ）工程では上記２層膜上にフォ
トレジスト３０を塗布し、露光現像後、形成されるべき
導体以外の部分に硬化したフォトレジスト３０が残るよ
うにする。この時のフォトレジスト３０の膜厚は次工程
で形成するＮｉメッキ薄膜導体４ｂよりも厚く塗布する
必要がある。本実施例では膜厚２μｍのＮｉメッキ薄膜
導体４ｂを形成するためフォトレジスト３０は５μｍの
厚さとした。なお、フォトレジストとしては東京応化製
メッキ厚膜用レジストのＰＭＥＲＰ−ＡＲ９００を用い
た。またフォトレジストの代わりに例えば日立化成製フ
ォテックＳＲ−３０００のようなドライフィルムレジス
トを用いても同様な工程を達成できることはいうまでも
ない。Subsequently, in step (c), a photoresist 30 is applied on the above-mentioned two-layer film, and after the exposure and development, the hardened photoresist 30 is left on the portion other than the conductor to be formed. At this time, the photoresist 30 needs to be applied thicker than the Ni-plated thin film conductor 4b formed in the next step. In this embodiment, the photoresist 30 has a thickness of 5 μm in order to form the Ni-plated thin film conductor 4b having a film thickness of 2 μm. As the photoresist, PMERP-AR900, a resist for plating thick film manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd., was used. Needless to say, a similar process can be achieved by using a dry film resist such as PHOTOC SR-3000 manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd. instead of the photoresist.

【００６６】次に、メッキの前処理として基板を５％塩
酸中に10分間浸し、Ｎｉ薄膜導体４ａの表面をライトエ
ッチングする。ライトエッチング後は水洗を行う。Next, as a pretreatment for plating, the substrate is dipped in 5% hydrochloric acid for 10 minutes to light-etch the surface of the Ni thin film conductor 4a. After light etching, wash with water.

【００６７】（ｄ）工程では、フォトレジスト３０の無
い部分（導体部）にメッキによりＮｉ薄膜導体４ｂを形
成する。本実施例のメッキ条件は表３に示すようにスル
ファミン酸ニッケルを主体とするメッキ浴を用いた。In the step (d), the Ni thin film conductor 4b is formed on the portion (conductor portion) where the photoresist 30 is absent by plating. As the plating conditions of this example, as shown in Table 3, a plating bath mainly containing nickel sulfamate was used.

【００６８】[0068]

【表３】 [Table 3]

【００６９】メッキ時間は４分間で、膜厚２μｍのＮｉ
膜を形成することができた。なお、メッキ液としては硫
酸ニッケルを主体とするワット浴や塩化ニッケルを主体
とする塩化ニッケル浴等でも同様なＮｉ膜を形成できる
ことはいうまでもない。The plating time was 4 minutes and the Ni film thickness of 2 μm was used.
A film could be formed. Needless to say, the same Ni film can be formed by using a Watt bath mainly containing nickel sulfate or a nickel chloride bath mainly containing nickel chloride as the plating liquid.

【００７０】次に、（ｅ）工程でフォトレジスト３０を
剥離する。このようにして形成したＮｉ薄膜導体４ｂは
導体部の幅４０μｍで配線間隔は２２μｍである。Next, in step (e), the photoresist 30 is peeled off. The Ni thin film conductor 4b thus formed has a conductor portion width of 40 μm and a wiring interval of 22 μm.

【００７１】続いて、（ｆ）工程ではＮｉのエッチング
液である硝酸、酢酸、硫酸混合液に１分間漬けて０．１
μｍ厚さのスパッタによるＮｉ薄膜導体４ａ全部とメッ
キによるＮｉ薄膜導体４ｂの表面層約０. １μｍをエッ
チングする。これによりＮｉ導体部が形成される。本工
程はメッキ工程で生じたＮｉ薄膜導体４ｂのエッジ部の
バリやヒゲといった欠陥をエッチングにより修正する工
程でもある。Subsequently, in the step (f), it is dipped in a mixed solution of nitric acid, acetic acid, and sulfuric acid, which is an etching solution of Ni, for 1 minute to obtain 0.1.
About 0.1 μm of the surface layer of the entire Ni thin film conductor 4a formed by sputtering and the Ni thin film conductor 4b formed by plating is etched. Thereby, the Ni conductor portion is formed. This step is also a step of correcting defects such as burrs and whiskers at the edge portion of the Ni thin film conductor 4b generated in the plating step by etching.

【００７２】（ｇ）工程では、フォトレジストを塗布し
Ｃｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体のパターンをエッチ
ングにより形成する。エッチング液には５％フッ酸を用
いた。なお、上記実施例に用いたＣｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ合
金薄膜抵抗体に代えて、Ｔａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵
抗体を用いても、全く同様の結果を得られることは容易
に理解されよう。このようにして厚いＮｉ薄膜導体を効
率良く形成することができた。これ以降は実施例１にお
ける（３）の工程に入る。なお、上記実施例は、個別薄
膜導体４のＮｉ薄膜導体のみならず、共通薄膜導体５の
Ｎｉ薄膜導体にも適用することができる。In step (g), a photoresist is applied and a pattern of the Cr-Si-SiO alloy thin film resistor is formed by etching. As the etching liquid, 5% hydrofluoric acid was used. It will be easily understood that the same result can be obtained by using a Ta-Si-SiO alloy thin film resistor instead of the Cr-Si-SiO alloy thin film resistor used in the above embodiment. Thus, the thick Ni thin film conductor could be efficiently formed. After this, the step (3) in Example 1 is started. The above-described embodiment can be applied not only to the Ni thin film conductor of the individual thin film conductor 4 but also to the Ni thin film conductor of the common thin film conductor 5.

【００７３】〔実施例４〕以下、図面を用い、オリフィ
スプレ−ト表面層のみに撥水性被膜をコ−トすることが
できる具体的な実施例を説明する。[Embodiment 4] A specific embodiment in which a water-repellent coating can be coated only on the surface layer of the orifice plate will be described below with reference to the drawings.

【００７４】図１２（ａ）は、実施例１に示したヘッド
の製造方法を示す概略工程図である。この方法によって
作られるヘッドのオリフィスプレート１１は、耐熱性樹
脂プレ−トのみで構成されていた。一方、本実施例のヘ
ッドのオリフィスプレート１１は、図１３に示すよう
に、この樹脂膜４１の上に厚さ０．０５〜１μｍの望み
の厚さの金属薄膜４２と、この金属薄膜４２の表面に強
固に付着している厚さ０．０１〜５μｍの間の望みの厚
さの撥水性被膜４３とから構成されている。この具体的
な製造方法は図１２（ｂ）、及び次に示す通りである。FIG. 12A is a schematic process view showing a method of manufacturing the head shown in the first embodiment. The orifice plate 11 of the head manufactured by this method was composed of only a heat resistant resin plate. On the other hand, the orifice plate 11 of the head of this embodiment, as shown in FIG. 13, has a metal thin film 42 having a desired thickness of 0.05 to 1 μm on the resin film 41 and the metal thin film 42. It is composed of a water-repellent coating 43 having a desired thickness between 0.01 and 5 μm, which is firmly attached to the surface. This concrete manufacturing method is as shown in FIG.

【００７５】実施例１に示した（５）の工程の完了後、
この上に０．１μｍの厚さのＮｉ薄膜４２を高速スパッ
タ法で形成し、有機ケイ素系レジストを用いたフォトエ
ッチングによってＮｉ薄膜である金属薄膜４２にインク
吐出口に相当する穴を形成する。そしてこのレジストを
残したまま、電子サイクロトロン共鳴によって励起させ
た酸素プラズマによるドライエッチングによってポリイ
ミドフィルム４１に垂直にインク吐出ノズル穴１２をあ
ける。このインク吐出ノズル穴１２は任意の角度に傾斜
させてあけることも可能であり、本発明者の特許出願発
明（特願平05-318272 号）に記載したように、図７に示
すラインヘッドを組み立てる上で不可欠な実用技術とな
っている。このあと、有機ケイ素系レジストを除去し、
金属薄膜４２を被めっき電極とするめっき法によって撥
水性被膜４３をこの金属薄膜４２の表面のみに形成す
る。この撥水性被膜４３をめっきによって形成する方法
は複合めっきとして公知の方法であり、フッ素樹脂やフ
ッ化グラファイト微粒子をＮｉめっき液に分散させてめ
っきすると、その被膜は非常に優れた撥水性を示す。ま
た最近の研究では、接触角が１８０゜に近い超撥水性被
膜を形成することも可能（化学４６巻７号(1991)P477、
他）とされている。After completion of the step (5) shown in Example 1,
A Ni thin film 42 having a thickness of 0.1 μm is formed thereon by a high speed sputtering method, and a hole corresponding to an ink ejection port is formed in the metal thin film 42 which is a Ni thin film by photoetching using an organosilicon resist. Then, while leaving this resist, the ink discharge nozzle hole 12 is formed perpendicularly to the polyimide film 41 by dry etching using oxygen plasma excited by electron cyclotron resonance. The ink discharge nozzle hole 12 can be formed by inclining it at an arbitrary angle, and as described in the patent application of the present inventor (Japanese Patent Application No. 05-318272), the line head shown in FIG. It is an indispensable practical technology for assembling. After this, the organosilicon resist is removed,
The water-repellent coating 43 is formed only on the surface of the metal thin film 42 by a plating method using the metal thin film 42 as an electrode to be plated. The method of forming the water-repellent coating 43 by plating is a method known as composite plating, and when the fluororesin or graphite fluoride fine particles are dispersed in the Ni plating solution and plated, the coating exhibits excellent water repellency. . In recent research, it is also possible to form a superhydrophobic coating with a contact angle close to 180 ° (Kagaku No. 46, No. 7 (1991) P477,
Other).

【００７６】ここでの試作評価では、フッ素樹脂（ＰＴ
ＦＥ）と同等の約１１０゜の接触角を示す複合Ｎｉめっ
き被膜と、約１４０゜の接触角を示すフッ化グラファイ
ト系の複合Ｎｉめっき被膜を被覆して評価した。その結
果、吐出インク量のノズル間の差は認められず、インク
のオリフィス面への付着もクリーニングが不必要と考え
られる程度に低減することも確認できた。特にフッ化グ
ラファイト系の複合Ｎｉめっき被膜は完全にクリーニン
グが不要となり、実際のプリンタを構成する上でクリー
ニングが削除できる大きな効果が得られた。In the trial evaluation here, the fluororesin (PT
FE), a composite Ni plating film showing a contact angle of about 110 ° and a composite graphite plating film of a fluorinated graphite system showing a contact angle of about 140 ° were coated and evaluated. As a result, no difference in the amount of ejected ink among the nozzles was observed, and it was also confirmed that the adhesion of ink to the orifice surface was reduced to the extent that cleaning was considered unnecessary. In particular, the fluorinated graphite-based composite Ni plating film does not need to be completely cleaned, and a great effect that cleaning can be eliminated in actual printer construction was obtained.

【００７７】なお、図１２（ｂ）の工程において、金属
薄膜があらかじめ形成されている二層構造のポリイミド
フィルムを用いるとスパッタ工程が省略できることは明
らかで、金属薄膜もＮｉ以外の金属であっても差しつか
えない。なぜならば、この金属がインクによって腐食す
る可能性があっても、その表面が複合Ｎｉめっき被膜で
保護されるからである。In the step of FIG. 12B, it is clear that the sputtering step can be omitted by using a two-layer structure polyimide film in which the metal thin film is formed in advance, and the metal thin film is also a metal other than Ni. I don't mind. This is because even if this metal may be corroded by the ink, its surface is protected by the composite Ni plating film.

【００７８】なお、樹脂膜４１上に形成する金属薄膜４
２の厚さは０．０５μｍ〜１μｍ程度あれば被めっき電
極として充分使用することができ、また、この上にめっ
きによって形成する撥水性被膜４３の厚さも薄いものは
１００オングストローム程度（０．０１μｍ）のものも
開発されている。これは撥水性のあるフッ素化合物の有
機錯体からなるめっき液で、フッ素化合物と金属を有機
リン酸によって結合する方法と言われている。このよう
に、撥水性被膜は０．０１〜５μｍの厚さで望みの厚さ
のものがオリフィスプレートの表面層のみに被覆するこ
とができ、場合によっては接触角が１８０゜という、水
が完全にはじかれる超撥水処理さえできるのである。ま
た、フッ素樹脂微粒子を分散させたフッ素系電着塗装法
によって金属薄膜４２の表面に数μｍの厚さで接触角が
１７０°を越える超撥水性被膜を形成することも可能
で、この場合も完全にヘッドのクリ−ニングが不要とな
ることを確認している。The metal thin film 4 formed on the resin film 41
If the thickness of 2 is about 0.05 μm to 1 μm, it can be sufficiently used as an electrode to be plated, and if the thickness of the water-repellent coating 43 formed by plating is thin, about 100 Å (0.01 μm). ) Is also being developed. This is a plating solution composed of an organic complex of a fluorine compound having water repellency, and is said to be a method of bonding a fluorine compound and a metal with an organic phosphoric acid. As described above, the water-repellent coating having a thickness of 0.01 to 5 μm and a desired thickness can be coated only on the surface layer of the orifice plate. It can even be repelled by super-hydrophobic treatment. It is also possible to form a super water-repellent coating having a contact angle of more than 170 ° with a thickness of several μm on the surface of the metal thin film 42 by a fluorine-based electrodeposition coating method in which fine particles of fluororesin are dispersed. It has been confirmed that head cleaning is completely unnecessary.

【００７９】[0079]

【発明の効果】本発明によれば、以下に示す効果を得る
ことができる。オリフィスプレートの表面層のみに撥水
処理ができるので、ヘッドクリーニングの削除又は大巾
な削減が可能となる。According to the present invention, the following effects can be obtained. Since only the surface layer of the orifice plate can be subjected to water repellent treatment, head cleaning can be eliminated or greatly reduced.

【００８０】特に、オリフィスプレートについて、吐出
口の周りのプレートの表層に撥水性を有する分散めっき
被膜を、その下層に金属薄膜を形成する際、オリフィス
スプレートとなるべきプレートを接着し、このプレート
の表面に金属薄膜を形成し、吐出口を形成するプレート
の部分に対応した前記金属薄膜の部分にフォトエッチン
グにより穴をあけ、このフォトエッチングの行なわれた
金属薄膜をマスクとするドライエッチングにより、プレ
ートに吐出口を穿孔する製造方法を用いることで、以下
の効果を得る。 （１）駆動用ＬＳＩの製造中に形成されるＳｉＯ₂ 層を
発熱抵抗体の断熱層として利用できると共に、インク溝
形成時におけるフォトマスクとしても利用でき、工程数
を削除できる。 Especially for the orifice plate, discharge
Water-repellent dispersion plating on the surface of the plate around the mouth
Orifice used when forming a thin metal film under the coating
Glue the plate that should be the splat,
Plate that forms a metal thin film on the surface of the substrate and forms the discharge port
The photo-etched portion of the metal thin film corresponding to the
This photo-etching was performed by drilling holes
By dry etching with the metal thin film as a mask,
By using the manufacturing method of perforating the discharge port in the
Get the effect of. (1) The SiO ₂ layer formed during the manufacture of the driving LSI can be used as a heat insulating layer of the heating resistor and also as a photomask when forming the ink groove, and the number of steps can be eliminated.

【００８１】（２）インク溝と連結穴が同時に形成で
き、工程数を削減できる。(2) The ink groove and the connecting hole can be formed at the same time, and the number of steps can be reduced.

【００８２】（３）オリフィスプレートの吐出口を該プ
レート接着後のフォトエッチングによって形成すること
により、発熱抵抗体と吐出口の位置合わせが容易とな
り、１６００ｄｐｉという従来技術の３倍以上の高集積
密度のヘッドも製造可能となる。(3) By forming the discharge port of the orifice plate by photo-etching after the plate is bonded, the heat-generating resistor and the discharge port can be easily aligned, which is 1600 dpi, which is three times or more the high integration density of the prior art. Head can also be manufactured.

【００８３】（４）オリフィスプレートのフォトエッチ
ングを反応性ドライエッチングとすることによって、円
筒形状の吐出口とすることができ、温度によって印字濃
度が変化せず、また、サテライトドロップも発生しない
ヘッドとすることができる（本発明者の特許出願、特願
平０６−２１０６０号、特願平０６−１５６９４９号参
照）。また、３〜１０°傾斜させた円筒形状の吐出口と
することも可能で、これはラインヘッドのような長尺ヘ
ッドを製造する上で不可欠な方法を提供できる（本発明
者の特許出願、特願平０５−３１８２７２号参照）。(4) By using reactive dry etching as the photoetching of the orifice plate, a cylindrical ejection port can be formed, and the print density does not change with temperature, and satellite drops do not occur. (See Japanese Patent Application Nos. 06-21060 and 06-156949 of the present inventor). Further, it is also possible to form a cylindrical discharge port inclined by 3 to 10 °, which can provide an indispensable method for manufacturing a long head such as a line head (the patent application of the present inventor, See Japanese Patent Application No. 05-318272).

【００８４】（５）狭いインク溝とこれに沿って設けら
れる比較的少ない連結穴は、ヘッド製造時におけるＳｉ
ウエハの割れによる歩留低下を防ぐ。(5) The narrow ink groove and the relatively small number of connection holes provided along the narrow ink groove are formed by Si during head manufacture.
Prevents yield loss due to wafer cracking.

【００８５】（６）Ｓｉウエハ上に薄膜プロセスのみを
用いて数万〜数１０万ノズルを一括して製造することが
できるので、大規模高集積密度のヘッドを安価に提供で
きる。( 6 ) Since tens of thousands to hundreds of thousands of nozzles can be collectively manufactured on a Si wafer by using only the thin film process, a large-scale and highly integrated head can be provided at low cost.

【００８６】（７）従来技術のプリンタに不可欠であっ
た種々の制御機構等（ヘッド温度の制御、駆動パルス巾
制御、カラーバランス制御、等々）を削除できるプリン
タを実現できる。( 7 ) It is possible to realize a printer which can eliminate various control mechanisms (head temperature control, drive pulse width control, color balance control, etc.) which are indispensable in the conventional printer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】 本発明のインク噴射記録ヘッドチップの一例
であるヘッドチップを備えたインク噴射記録ヘッドの一
実施例の１ノズル列分の断面図である。FIG. 1 is an example of an ink jet recording head chip of the present invention.
It is a cross-sectional view of a first nozzle row worth of an embodiment of an ink jet recording head having a head chip is.

【図２】 （ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、図１に示す
インク噴射記録ヘッドの１ノズル列分のＡ−Ａ’、Ｂ−
Ｂ’、Ｃ−Ｃ’断面図である。2 (a), (b) and (c) are AA 'and B- for one nozzle row of the ink jet recording head shown in FIG.
It is B ', CC' sectional drawing.

【図３】 本発明になるＡ４フルカラー用ラインヘッド
の一実施例の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of an embodiment of an A4 full-color line head according to the present invention.

【図４】 本発明のインク噴射記録ヘッドチップの一例
であるヘッドチップを備えたインク噴射記録ヘッドの細
部拡大断面図である。FIG. 4 is an example of an ink jet recording head chip of the present invention.
Is a detailed enlarged cross-sectional view of the ink jet recording head having a head chip is.

【図５】 本発明にインク噴射記録ヘッドチップの一例
であるヘッドチップを備えた、１６００ｄｐｉフルカラ
ーヘッドの一実施例の１色分のノズル列を示す断面図で
ある。FIG. 5 shows an example of an ink jet recording head chip according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a nozzle row for one color of an embodiment of a 1600 dpi full-color head including a head chip of FIG.

【図６】 本発明のインク噴射記録ヘッドチップの一例
であるヘッドチップを備えたインク噴射記録ヘッドの他
の実施例の１ノズル列分の断面図である。FIG. 6 shows an example of an ink jet recording head chip of the present invention.
It is a cross-sectional view of a first nozzle row worth of another embodiment of an ink jet recording head having a head chip is.

【図７】 本発明のインク噴射記録ヘッドチップの製造
方法で製造されるヘッドチップを備えたＡ４フルカラー
ラインヘッドの正面図である。FIG. 7 is a front view of an A4 full color line head having a head chip manufactured by the method for manufacturing an ink jet recording head chip of the present invention.

【図８】 図７に示すＡ４フルカラーラインヘッドの側
面図である。FIG. 8 is a side view of the A4 full color line head shown in FIG.

【図９】 図７に示すＡ４フルカラーラインヘッドのＥ
−Ｅ’拡大断面図である。9 is an E of the A4 full color line head shown in FIG.
-E 'is an enlarged sectional view.

【図１０】 本発明のインク噴射記録ヘッドチップの一
例であるヘッドチップを備えたヘッドの印字評価に用い
た高速フルカラープリンタの断面図である。FIG. 10 shows one example of the ink jet recording head chip of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a high-speed full-color printer used for print evaluation of a head including a head chip as an example .

【図１１】 本発明のインク噴射記録ヘッドチップを製
造する際の抵抗体と導体の製造工程の一例を示す説明図
である。FIG. 11 is a schematic view of an ink jet recording head chip according to the present invention.
Ru Oh an explanatory view showing an example of the resistor and the conductors of the manufacturing process at the time of granulation.

【図１２】 （ａ）は、本発明のインク噴射記録ヘッド
チップを製造する際の製造工程の一実施例の工程図であ
り、（ｂ）は、（ａ）におけるオリフィスプレ−ト形成
工程の詳細を示す工程図である。FIG. 12A is a process drawing of an example of a manufacturing process when manufacturing the ink jet recording head chip of the present invention .
Ri, (b), the orifice pre in (a) - is a process diagram showing the details of the bets formation step.

【図１３】 本発明のインク噴射記録ヘッドチップの一
例であるヘッドチップにおけるオリフィスプレ−トのノ
ズル付近の断面図である。FIG. 13 shows one example of the ink jet recording head chip of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of the vicinity of a nozzle of an orifice plate in an example head chip.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ シリコン基板 ２ 駆動用ＬＳＩデバイス領域 ３ 薄膜発熱抵抗体 ４ 個別薄膜導体 ５ 共通薄膜導体（グランド） ６ スルーホール接続部 ７ 駆動用配線導体（電源、データ、クロック他） ８ 隔壁 ９ 個別インク通路 １０ 共通インク通路 １１ オリフィスプレート １２ インク吐出ノズル穴 １３ 吐出インク １４ インク溝 １５ 連結穴 １６ フレーム側インク溝（又は穴） １７ フレーム １８ インク供給口 １９ インク供給パイプ ２０ テープキャリア ２１ コネクタ ２２ 押え金具 ２３ ＳｉＯ₂ 層 ３１ Ａ４フルカラーラインヘッド ３２ プリヒータ ３３ 真空吸着搬送器 ３４ 記録媒体 ３５，３５’ 第１排気スリット ３６ 第２排気スリット ３７ ヘッドクリーナ ３８ ヘッドキャップ ４１ 樹脂膜（耐熱性樹脂プレ−ト） ４２ 金属薄膜 ４３ 撥水性被膜1 Silicon Substrate 2 Driving LSI Device Area 3 Thin Film Heating Resistor 4 Individual Thin Film Conductor 5 Common Thin Film Conductor (Ground) 6 Through Hole Connection 7 Driving Wiring Conductor (Power, Data, Clock, etc.) 8 Partition 9 Individual Ink Passage 10 Common ink passage 11 Orifice plate 12 Ink ejection nozzle hole 13 Ejected ink 14 Ink groove 15 Connection hole 16 Frame side ink groove (or hole) 17 Frame 18 Ink supply port 19 Ink supply pipe 20 Tape carrier 21 Connector 22 Press fitting 23 SiO ₂ Layer 31 A4 Full Color Line Head 32 Preheater 33 Vacuum Adsorption Transporter 34 Recording Medium 35, 35 'First Exhaust Slit 36 Second Exhaust Slit 37 Head Cleaner 38 Head Cap 41 Resin Film (Heat Resistant Resin Plate) 42 Metal Thin Film 43 Water repellent coating

フロントページの続き (72)発明者 清水 一夫 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立 工機株式会社内 (72)発明者 町田 治 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立 工機株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−201005（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/05 B41J 2/135 B41J 2/16 Front page continued (72) Inventor Kazuo Shimizu 1060 Takeda, Hitachinaka City, Ibaraki Prefecture, Hitachi Koki Co., Ltd. (72) Inventor Osamu Machida 1060 Takeda, Hitachinaka City, Ibaraki Hitachi Koki Co., Ltd. (56) References Kaihei 5-201005 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. ⁷ , DB name) B41J 2/05 B41J 2/135 B41J 2/16

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】基板上に形成された薄膜抵抗体と薄膜導体
からなる複数個の発熱抵抗体と、 前記複数個の発熱抵抗体のそれぞれに対応して、前記基
板上に形成された薄膜抵抗体の略垂直上方に設けられ、
前記複数個の発熱抵抗体に順次パルス通電することによ
って前記発熱抵抗体と垂直又はほぼ垂直方向にインク滴
を吐出する複数個の吐出口が穿孔されて形成されたプレ
ートと、 このプレートに穿孔された複数個の吐出口のそれぞれに
対応して前記基板と前記プレート間に設けられ、前記基
板と前記プレート間に設けられた隔壁によって仕切られ
た複数個の個別インク通路とを有し、前記プレートは、プレート基材とこのプレート基材に積
層された複数の層とを有し、前記複数の層として、 前記
吐出口の周りのプレートの表層に撥水性を有する分散め
っき被膜が、その下層に金属薄膜が形成され、かつ前記
金属薄膜をマスクとするドライエッチングによって前記
吐出口が前記プレート基材に穿孔されたことを特徴とす
るインク噴射記録ヘッドチップ。1. A plurality of heat generating resistors formed of a thin film resistor and a thin film conductor on a substrate, and a thin film resistor formed on the substrate corresponding to each of the plurality of heat generating resistors. It is installed almost vertically above the body,
A plate formed by punching a plurality of ejection openings for ejecting ink droplets perpendicularly or substantially perpendicularly to the heating resistors by sequentially energizing the heating resistors in a pulsed manner, and the plate is punched. A plurality of individual ink passages provided between the substrate and the plate corresponding to each of the plurality of ejection ports and partitioned by partition walls provided between the substrate and the plate; Is the plate substrate and the plate substrate
A plurality of layered layers, and as the plurality of layers , a water-repellent dispersion-plated coating is formed on the surface layer of the plate around the ejection port, and a metal thin film is formed thereunder , and
By dry etching using a metal thin film as a mask
An ink jet recording head chip, characterized in that discharge ports are formed in the plate base material . 【請求項２】前記分散めっき被膜の膜厚は、０．０１〜
５μｍであることを特徴とする請求項１に記載のインク
噴射記録ヘッドチップ。2. The thickness of the dispersed plating film is 0.01 to
The ink jet recording head chip according to claim 1, which has a thickness of 5 μm. 【請求項３】前記金属薄膜の膜厚は、０．０５〜１μｍ
であることを特徴とする請求項１または２に記載のイン
ク噴射記録ヘッドチップ。3. The metal thin film has a thickness of 0.05 to 1 μm.
The ink jet recording head chip according to claim 1 or 2, wherein 【請求項４】前記金属薄膜は、Ｎｉ薄膜であって、この
Ｎｉ薄膜を被めっき電極として用いて前記分散めっき被
膜が形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれ
かに記載のインク噴射記録ヘッドチップ。4. The metal thin film is a Ni thin film, and the dispersion plating film is formed by using the Ni thin film as an electrode to be plated. Ink jet recording head chip. 【請求項５】前記分散めっき被膜は、Ｎｉめっき液を用
いて形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれ
かに記載のインク噴射記録ヘッド。5. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the dispersion plating film is formed by using a Ni plating solution. 【請求項６】請求項１〜４のいずれかに記載のインク噴
射記録ヘッドチップを備えたインク噴射記録ヘッドを搭
載したことを特徴とする記録装置。6. A recording apparatus equipped with an ink jet recording head comprising the ink jet recording head chip according to any one of claims 1 to 4 .