JP5404121B2 - 記録基板、該記録基板の製造方法及び液体吐出ヘッド - Google Patents
記録基板、該記録基板の製造方法及び液体吐出ヘッド Download PDFInfo
- Publication number
- JP5404121B2 JP5404121B2 JP2009074363A JP2009074363A JP5404121B2 JP 5404121 B2 JP5404121 B2 JP 5404121B2 JP 2009074363 A JP2009074363 A JP 2009074363A JP 2009074363 A JP2009074363 A JP 2009074363A JP 5404121 B2 JP5404121 B2 JP 5404121B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat generating
- insulating layer
- substrate
- recording substrate
- recording
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims description 88
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 19
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 claims description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 89
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 10
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 9
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 8
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 5
- 229910004200 TaSiN Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 229910021364 Al-Si alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 2
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 2
- 229910018125 Al-Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018520 Al—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910008807 WSiN Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000005380 borophosphosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14016—Structure of bubble jet print heads
- B41J2/14088—Structure of heating means
- B41J2/14112—Resistive element
- B41J2/14129—Layer structure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14016—Structure of bubble jet print heads
- B41J2/1408—Structure dealing with thermal variations, e.g. cooling device, thermal coefficients of materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1601—Production of bubble jet print heads
- B41J2/1603—Production of bubble jet print heads of the front shooter type
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/1632—Manufacturing processes machining
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
- B41J2/1642—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by CVD [chemical vapor deposition]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
- B41J2/1643—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by plating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
- B41J2/1646—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by sputtering
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49401—Fluid pattern dispersing device making, e.g., ink jet
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
本発明は熱エネルギーを用いて記録動作を行う記録基板、該記録基板の製造方法及び液体吐出ヘッドに関するものである。
複数設けられた発熱部を発熱させ記録動作を行うサーマル式の記録装置には、昇華型やインクジェット型が知られている。昇華型の記録装置は、インクリボン上のインクを熱でとかして記録媒体に転写することで記録動作を行い、インクジェット型の記録装置は、インク等の液体を膜沸騰させることで、インクを吐出させて記録動作を行う。これらの記録装置は、発熱部で発生する余剰の熱を拡散させるため、記録基板（以下、ヘッド基板とも称する）に熱伝導度の高い基板を用いている。ここで連続の記録動作を効率よく行うためには、発熱部と基板の間に一定の熱を蓄熱する蓄熱層が必要であり、配線の絶縁膜として用いられる絶縁層が蓄熱層としての機能も果たしている。
しかしながらヘッド基板の小型化のために多層配線基板を形成されているような場合においては、配線の絶縁性を確保するために層間絶縁層を厚く形成する必要がある。インクジェット型の記録装置において、このように層間絶縁層を厚く形成すると、必要以上の熱が絶縁層に保持され、熱の影響によりインクの吐出量が変化し、画質の低下等を招く可能性がある。また発熱部の上部には、水分などから発熱部を保護する保護膜が設けられているが、発熱部の表面温度が必要以上に高くなるとの熱ストレスにより保護膜の劣化が進むことが知られている。このような発熱部の熱を放熱するために、伝熱層を有する構成が（特許文献１）に開示されている。
（特許文献１）に開示されるインクジェットヘッド用基板を図９に示す。図９のヘッド基板は、発熱部として用いられている発熱領域２７ａの下に、ＳｉＯ２膜からなる第二の層間絶縁層２６を有しており、その内部に熱を放熱するための伝熱層３５が設けられている。この伝熱層３５は第二の層間絶縁層膜２６より熱伝導率が大きい材料で構成されており、発熱部とほぼ並行に対向し、発熱部の全周にわたって所定の距離ａだけ大きく形成されている。このように構成し発熱部の熱を平面方向に拡散させるることで、保護膜表面の劣化を抑えることができる。
しかしながら近年、記録装置のさらなる高速化・高画質化・高耐久化が望まれており、それを実現するために、より高密度に記録素子を配列させたヘッド基板が必要とされている。記録素子は、発熱部と吐出口から構成されており、高密度な記録素子を設けるためには高密度に配列された発熱部が必要となる。このようなヘッド基板を用いて高速の記録動作を行うと、（特許文献１）に開示されているように第二の絶縁層膜中に伝熱層３５を構成しても、発熱部で発生する熱は伝熱層３５のある下方向に選択的に伝わるわけではなく、効率的に放熱できない可能性がある。効率的に放熱が行われないと、高密度に配された隣接する発熱部の間の熱干渉により基板全体が温度上昇し、インクが吐出されるタイミングがずれる等で記録画質の低下を招くことになる。
上記課題を鑑み、本発明は高密度に配列された発熱部で高速の記録動作を行っても、隣接して設けられている発熱部の熱干渉を低減し、安定した記録動作を行うことができる信頼性の高い記録基板を提供することを目的としている。
本発明の記録基板の製造方法は、基板と、該基板の上に設けられた絶縁層と、該絶縁層の上に配されており、液体を吐出するために利用される熱エネルギーを発生する複数の発熱部と、を有する記録基板の製造方法において、一方の面側に絶縁層と、該絶縁層と前記基板との間に設けられた前記絶縁層より熱伝導率が高い材料からなる材料層と、を有する基板を提供する工程と、前記絶縁層に開口を設け、該開口から前記材料層を露出させる工程と、前記絶縁層より熱伝導率が高い材料を前記開口から露出した前記材料層に接触するように配し、部材、及び電流を流すことで前記発熱部を発熱させるための配線を一括して設ける工程と、前記基板に垂直な方向から見て隣接して設けられる前記発熱部が前記部材を挟み、前記配線とは接し、前記部材とは接しないように前記絶縁層の上に前記発熱部を設ける工程と、を有することを特徴としている。
本発明によると、隣接する発熱部の間に絶縁層より熱伝導率の大きい部材を配することにより、発熱部で発生した熱を効率的に放熱することができる。これにより高密度に配列された発熱部を有する記録基板を用いて高速の記録動作を行っても、隣接する発熱部が熱干渉を起こすことはなく、安定した記録動作を行うことのできる信頼性の高い記録基板を提供することができる。
本発明における最良の形態を、図面を用いて説明する。
本発明が用いられる記録基板は、例えば図６に示す液体吐出ヘッドに用いることができる。図６に示す液体吐出ヘッド１０００は、吐出口１０１０と流路を形成するオリフィスプレート１４と、発熱部１２と供給口１０４０を有する記録基板１０５０で構成されている。
インク等の液体は、供給口１０４０から供給され、オリフィスプレート１４で構成された流路を通り、吐出口１０１０に各々設けられた発熱部１２の上に送られる。発熱部１２が、７００〜８００度程度まで発熱すると、発熱部１２上のインクは膜沸騰する。この膜沸騰によって発生した気泡が、インクを吐出口１０１０から吐出することで記録動作が行われる。
吐出口１０１０は、図６に示すように所定のピッチで配列されており、其々に対応して配列された発熱部１２が設けられている。本図においては吐出口１０１０の列が２列の場合を図示しているが、記録基板によってはこのような吐出口１０１０と発熱部１２からなる記録素子の列が複数本配列されている。
図１は、液体吐出ヘッドの一部を示す平面模式図である。記録基板は、配線１０と、他の配線４と、部材１１と、発熱部１２から構成されている。配線１０は、発熱部１２と電気的に接続しており、電流を流すことで発熱部１２を７００〜８００度程度まで発熱する。この熱エネルギーを利用して、発熱部１２上のインクを膜沸騰させ、吐出口からインク等の液体を吐出する。部材１１は、隣接する発熱部１２の間に設けられている。
図２は、液体吐出ヘッドを他の配線４に沿ってＡ−Ｂに沿った断面模式図である。図２に示すように、シリコンの基板１の上にＳｉＯ２にボロンとリンを添加した層間膜２が５００ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さで配されている。この層間膜２の上に、配線層として他の配線４が配されている。他の配線４に用いられる材料としては、例えばＡｌ，Ｃｕ，Ｗ，及びＡｕのいずれか１つまたは複数を含有している材料を用いることができ、Ａｌ−Ｓｉの合金が好ましく、膜厚は２００ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましい。他の配線４上には、ＳｉＯ２からなる絶縁層５が膜厚約１ｕｍ程度形成されている。絶縁層５は、熱伝導率が低いため、連続して記録動作を行う際に発熱部１２の熱を保持することができる蓄熱層としても機能している。絶縁層５上には、ＴａＳｉＮまたはＷＳｉＮ等からなる発熱部１２が、膜厚１０ｎｍ〜５０ｎｍの膜厚で形成されており、この発熱部１２の両端に、他の配線４と接続する配線１０が形成されている。配線１０は、絶縁層５との密着や拡散バリア膜として機能するＴａ／ＴａＮ積層膜等からなる膜８と、例えばＡｌ，Ｃｕ，及びＡｕのいずれか１つまたは複数を含有している材料からなる層９で構成されている。
発熱部１２と配線１０の上部には、にＳｉＮやＳｉＣ等からなる保護膜１３が、１００ｎｍ〜５００ｎｍの膜厚で形成されされている。この保護膜１３は、インク等の液体による腐食から発熱部１２及び配線１０を保護するとともに、配線１０に用いられる金属の拡散バリア膜としての機能を有している。この保護膜１３の上には、液体を吐出する吐出口を形成するオリフィスプレート１４が配されている。
図３は、図１に示すＸ−Ｙに沿った、液体吐出ヘッドを記録素子の配列方向の断面模式図である。配列した隣接する発熱部１２の間には部材１１が設けられており、部材１１と発熱部１２の間には、必ず絶縁層５が介在するように配置されている。
部材１１は、配線１０と同様に膜８と層９で構成とすることができ、部材１１と配線１０を一括に形成が可能である。このように一括で形成することで製造にかかる時間を短縮することができる。また、図２及び図３に示すように部材１１及び配線１０は、絶縁層５の、基板１の側の主面と発熱部１２の側の主面との間に、絶縁層５の表面から嵌入されるように設けられ、表面が平滑になっていることが好ましい。これにより部材１１及び配線１０を形成した後にオリフィスプレート１４で吐出口１０１０をフォトリソグラフィ手法で形成しても、吐出口１０１０の形状が変形することを防止することができる。
部材１１及び配線１０を絶縁層５の、基板１の側の主面と発熱部１２の側の主面との間に配する手法としては、ダマシン法等を採用することができる。ダマシン法とは、絶縁層に配線形状の溝を形成し、配線に用いる金属を埋め込み、その後に溝以外の余分な金属を除去して配線を形成する手法をいう。
部材１１を構成する層９の材料は、絶縁層５に用いる材料より１０倍以上の熱伝導率を有する材料で形成されることが好ましい。部材１１は、絶縁層５より熱伝導率の高い材料からなる他の配線４や基板１などに接続して設けられている。
このように配列された方向に関して隣接する発熱部１２の間に、絶縁層より熱伝導率の大きい部材１１を配置することにより、発熱部１２で発生した熱は絶縁層５から部材１１に伝わり、さらに他の配線４や基板１に伝えることができる。これにより発熱部１２で発生した熱は、効率的に放熱することができ、発熱部１２周囲の絶縁層５の温度上昇を防ぐことができる。
従って高密度に配列された発熱部１２を有する記録基板１０５０を用いて高速の記録動作を行っても、隣接する発熱部１２の熱が絶縁層５を伝わって熱干渉を起こすことはなく、安定した記録動作を行える信頼性の高い記録基板を提供することができる。
また、配列方向に直行する方向の発熱部１２の幅より、部材１１の幅を広くすることがこのましい。部材１１の配列方向に直行する方向の幅を広くすることにより、放射状に広がる発熱部１２の熱をより効率的に吸熱することができ、隣接する発熱部１２の熱干渉を防止することができる。
本発明のような記録基板は、記録素子の配列密度が６００ｄｐｉ以上になるような場合において、隣接する発熱部１２の距離が近くなるため大きな効果を発揮することができる。また、この部材１１と発熱部１２の距離が近すぎると、絶縁層５が蓄熱層としての効果を発揮できず、インクが膜沸騰する前に発熱部１２の熱が部材１１へ逃げてしまう。従って部材１１は、発熱部１２から１μｍ以上離した位置に配置されることが好ましい。逆に、部材１１と発熱部１２の距離を遠くする発熱部１２のピッチが広くなり、記録基板が大きくなってしまい、記録装置のさらなる高速化・高画質化・高耐久化に堪えられるような記録素子を設けることができなくなってしまう。従って部材１１と発熱部１２の距離は、１μｍ〜５μｍ離して配置されることが好ましい。
（実施例１）
次に、本発明を用いた実施例を、図２〜図３を用いて示す。図２に示すように、トランジスタ等の駆動素子（不図示）が設けられたＳｉの基板１上に、ＳｉＯ２にボロンとリンを添加した層間膜２が厚さ５００ｎｍで形成されている。層間膜２の上には、他の配線４としてＡｌ−Ｓｉの合金を厚さ４００ｎｍ形成されている。他の配線４の上には、ＳｉＯ２からなる絶縁層５が厚さ１μｍ形成されている。絶縁層５は、発熱部１２の熱を蓄熱する蓄熱層としての機能も有している。さらに絶縁層５の上には、ＴａＳｉＮからなる発熱部１２が厚さ５０ｎｍで形成されている。発熱部１２の両端は、配線１０と接している。配線１０は、絶縁層５に設けられたコンタクトホールを介して、他の配線４と接している。
次に、本発明を用いた実施例を、図２〜図３を用いて示す。図２に示すように、トランジスタ等の駆動素子（不図示）が設けられたＳｉの基板１上に、ＳｉＯ２にボロンとリンを添加した層間膜２が厚さ５００ｎｍで形成されている。層間膜２の上には、他の配線４としてＡｌ−Ｓｉの合金を厚さ４００ｎｍ形成されている。他の配線４の上には、ＳｉＯ２からなる絶縁層５が厚さ１μｍ形成されている。絶縁層５は、発熱部１２の熱を蓄熱する蓄熱層としての機能も有している。さらに絶縁層５の上には、ＴａＳｉＮからなる発熱部１２が厚さ５０ｎｍで形成されている。発熱部１２の両端は、配線１０と接している。配線１０は、絶縁層５に設けられたコンタクトホールを介して、他の配線４と接している。
配線１０は、メッキ法により形成されるＣｕの層９と、拡散バリア層として機能するＴａ／ＴａＮの膜８で構成されている。発熱部１２及び配線１０の上には、インク等の液体による腐食を防ぐために、全体を被覆するようにＳｉ３Ｎ４の保護膜１３が厚さ３００ｎｍ形成されている。さらに、この基板上にオリフィスプレート１４がフォトリソグラフィ手法を用いて形成される。
図３に示すように、隣接する発熱部１２の間には部材１１が、図２の配線１０と同様にＣｕの層９と、この拡散バリア層として機能するＴａ／ＴａＮの膜８で形成されている。部材１１と発熱部１２の間には、必ず絶縁層５が介在するように配置されている。ここで配線１０と部材１１を同一成分の材料で同時に形成することで、製造時に工程を増やすことなく、部材１１を形成することができる。また、図２及び図３に示すように部材１１及び配線１０は、絶縁層５の、基板１の側の主面と発熱部１２の側の主面との間に、絶縁層５の表面から嵌入されるように設けられ、表層を平滑にすることが好ましい。これにより部材１１及び配線１０を形成した後にオリフィスプレート１４で吐出口１０１０をフォトリソグラフィ手法で形成しても、吐出口１０１０の形状が変形することを防止することができる。
絶縁層５に用いられるＳｉＯ２の熱伝導率は、数Ｗ／ｍＫ、保護膜１３に用いられるＳｉ３Ｎ４は７０Ｗ／ｍＫであるのに対し、層９に用いられるＣｕの熱伝導率は、約４００Ｗ／ｍＫである。さらに他の配線４は約２３０Ｗ／ｍＫとなっている。
このように配列された方向に関して隣接する発熱部１２の間に、絶縁層より熱伝導率の大きい部材１１を配置することにより、発熱部１２で発生した熱は絶縁層５から部材１１に伝わり、さらに他の配線４や基板１に伝えることができる。これにより発熱部１２で発生した熱は、効率的に放熱することができ、発熱部１２周囲の絶縁層５の温度上昇を防ぐことができる。
従って高密度に配列された発熱部１２を有する記録基板１０５０を用いて高速の記録動作を行っても、隣接する発熱部１２の熱が絶縁層５を伝わって熱干渉を起こすことはなく、安定した記録動作を行える信頼性の高い記録基板を提供することができる。
さらに本実施例において、発熱部１２は配列方向の幅及び配列方向に直行する方向の幅は１０μｍで形成されており、隣接する発熱部１２と３０μｍのピッチで配列されている。部材１１の配列方向の幅は１０μｍ、配列方向に直行する方向の幅は３０μｍで設けられている。このように発熱部１２の配列方向に直行する方向の幅より、部材１１の配列方向に直行する方向の幅を広くすることにより、放射状に広がる発熱部１２の熱を効率的に吸熱することができ、隣接する発熱部１２の熱干渉を効率的に防止することができる。
また、発熱部１２と部材１１の最短の距離は５μｍになるように配置されている。部材１１と発熱部１２の距離が近すぎると、絶縁層５が蓄熱層としての効果を発揮できず、インクが膜沸騰する前に発熱部１２の熱が部材１１へ逃げてしまうためである。
次に、本実施例における記録基板の製造方法を図４及び図５を用いて示す。図４及び図５は断面模式図の記録基板の製造工程を示している。本実施例においては、部材１１はダマシン法を用いて形成している。
トランジスタ等の駆動素子を備えたＳｉの基板１の一方の面側に、ＳｉＯ２にボロンとリンを添加されたＢＰＳＧからなる層間膜２を形成する。この層間膜２にパターニングを行いし、エッチングによりコンタクト開口部３を形成する（図４−１（ａ）、図４−１（ｂ））。
次に、Ａｌ−Ｓｉを用いて絶縁層５より熱伝導率が高い材料層を形成し、コンタクト開口部３に導通する他の配線４の形状にパターニングする。このとき、発熱部１２の下層にも他の配線４を形成しておくことで、より効率的に発熱部１２の熱を放熱することができる（図４−２（ａ）、図４−２（ｂ））。
次に、他の配線４の上部に絶縁層５をＣＶＤ法によりＳｉＯ２を厚さ約１．５μｍ形成する。ＣＶＤ法による成膜は、下地の形状に左右されるため必要な膜厚より厚く形成し、ＣＭＰ法で研磨することにより平滑化を行い厚さ１μｍの絶縁層５を形成する（図４−３（ａ）、図４−３（ｂ））。
次に、絶縁層５の一部を他の配線４が露出する深さまでエッチングして開口させ、開口６及び配線溝７を形成する（図４−４（ａ）、図４−４（ｂ））。この開口６と配線溝７を含む基板表面の全面に、接触するように配線１０に用いられるＣｕのバリア層として機能する膜８であるＴａ／ＴａＮをスパッタ法で厚さ５０ｎｍ形成する。この膜８は、後の工程でかかる熱によりＣｕが絶縁層５に拡散することを防止するとともに、配線１０と絶縁層５の密着層としての機能も果たしている。膜８を形成した後に、電気めっき法のシード層（不図示）となるＣｕを基板全面にスパッタ法により厚さ５０ｎｍ形成する。このシード層を電極として用い、メッキ法により基板全面にＣｕの層９を形成する（図５−１（ａ）、図５−１（ｂ））。Ｃｕの層９が形成された基板は、ＣＭＰ法により絶縁層５の表面が露出するまで、平滑化処理を行い、配線１０及び部材１１を形成する（図５−２（ａ）、図５−２（ｂ））。
次に、基板全面に発熱部１２に用いられるＴａＳｉＮをスパッタ法で厚さ５０ｎｍ形成し、パターニングを行い不要なＴａＳｉＮをエッチングにより除去する。この時、発熱部１２は、絶縁層５の上に部材１１を挟むように対向し、かつ部材１１と接しないように設ける。さらに、発熱部１２を含む基板全面にＣＶＤ法によりＳｉ３Ｎ４の保護膜１３を厚さ３００ｎｍ形成する（図５−３（ａ）、図５−３（ｂ））。
このようにダマシン法を用いることにより、配線１０及び部材１１を一括で設けることができ、製造にかかる時間を短縮することができる。また、配線１０と部材１１は絶縁層５の面と平滑になるように平滑化処理されることにより、オリフィスプレート１４で吐出口１０１０をフォトリソグラフィ手法で形成しても、吐出口１０１０の形状が変形することを防止することができる。
（実施例２）
本発明を用いた実施例２を、図７に示す。部材１１の形状以外の構成及び製造方法については実施例１と同じであるため、省略する。実施例１で示したように、図１のように部材１１を設けることで熱干渉を防止できるが、更に高速化するような場合には、発熱部１２の体積を大きくすることで調整することが出来る。しかしながら、部材１１と発熱部１２の距離は、近すぎると絶縁層５が蓄熱層としての効果を発揮できず、インクが膜沸騰する前に発熱部１２の熱が部材１１へ逃げてしまうため最低でも１ｕｍ離した位置に配置する必要がある。このような場合、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、発熱部１２の中央を結んだ直線上の部材１１の幅よりも、発熱部１２の中央を結んだ直線上から離れた部材１１の幅を広くし、部材１１の体積を多くすることが好ましい。このように部材１１を設けることで蓄熱に必要な距離を確保しつつ、より効率的に発熱部１２で発生する余剰の熱を放熱することができる。
本発明を用いた実施例２を、図７に示す。部材１１の形状以外の構成及び製造方法については実施例１と同じであるため、省略する。実施例１で示したように、図１のように部材１１を設けることで熱干渉を防止できるが、更に高速化するような場合には、発熱部１２の体積を大きくすることで調整することが出来る。しかしながら、部材１１と発熱部１２の距離は、近すぎると絶縁層５が蓄熱層としての効果を発揮できず、インクが膜沸騰する前に発熱部１２の熱が部材１１へ逃げてしまうため最低でも１ｕｍ離した位置に配置する必要がある。このような場合、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、発熱部１２の中央を結んだ直線上の部材１１の幅よりも、発熱部１２の中央を結んだ直線上から離れた部材１１の幅を広くし、部材１１の体積を多くすることが好ましい。このように部材１１を設けることで蓄熱に必要な距離を確保しつつ、より効率的に発熱部１２で発生する余剰の熱を放熱することができる。
従って、高密度に配列された発熱部１２を有する記録基板１０５０を用いて高速の記録動作を行っても、このように部材１１の体積を大きくすることで、吸熱できる熱量を増やすことで、隣接する発熱部１２の熱を効率的に放熱させることができる。これにより隣接する発熱部１２の熱が絶縁層５を伝わって熱干渉を起こすことはなく、安定した記録動作を行える信頼性の高い記録基板を提供することができる。
（実施例３）
本発明を用いた実施例３を、図８に示す。部材１１の形状以外の構成及び製造方法については実施例１と同じであるため、省略する。
本発明を用いた実施例３を、図８に示す。部材１１の形状以外の構成及び製造方法については実施例１と同じであるため、省略する。
図８は、図６に示すように発熱部１２を所定のピッチで配列された、液体吐出ヘッドの、発熱部１２の配列端部の平面模式図である。記録基板１０５０は、中央部に発熱部１２が密に存在しているため、中央部は端部より蓄熱されやすい。記録基板１０５０の中央部と端部で温度むらがあると、中央部の発熱部１２のインクが端部の発熱部１２のインクより早く熱せられることになり、吐出のばらつきが生じることになる。このような現象は発熱部１２の列が複数設けられているような記録基板で特に顕著な温度差となる。この温度差を緩和するために、図８（ａ）及び図（ｂ）に示すように配列の中央部に設けられる部材１１の体積を、配列の端部に設けられる部材１１の体積より大きく設けることができる。部材１１の其々の体積は、発熱部１２の配列の密度及び連続記録動作時の記録基板１０５０の温度によって適宜定めることが好ましい。
本実施例のように、配列の中央部に設けられる部材１１の体積を大きくすることで、配列の端部よりも効率的に放熱を行うことができ、記録基板１０５０の温度むらを低減させることができる。従って、このような記録基板１０５０を用いて高速の記録動作を行うことで、隣接する発熱部１２が熱干渉を低減させることができる。さらに、記録基板１０５０の面内の温度むらを低減することで、吐出ばらつきのない安定した記録動作を行うことのできる信頼性の高い記録基板を提供することができる。
１ 基板
４ 他の配線
５ 絶縁層
１０ 配線
１１ 部材
１２ 発熱部
１０００ 液体吐出ヘッド
１０５０ 記録基板
４ 他の配線
５ 絶縁層
１０ 配線
１１ 部材
１２ 発熱部
１０００ 液体吐出ヘッド
１０５０ 記録基板
Claims (10)
- 基板と、該基板の上に設けられた絶縁層と、該絶縁層の上に配されており、液体を吐出するために利用される熱エネルギーを発生する複数の発熱部と、
を有する記録基板の製造方法において、
一方の面側に絶縁層と、該絶縁層と前記基板との間に設けられた前記絶縁層より熱伝導率が高い材料からなる材料層と、を有する基板を提供する工程と、
前記絶縁層に開口を設け、該開口から前記材料層を露出させる工程と、
前記絶縁層より熱伝導率が高い材料を前記開口から露出した前記材料層に接触するように配し、部材、及び電流を流すことで前記発熱部を発熱させるための配線を一括して設ける工程と、
前記基板に垂直な方向から見て隣接して設けられる前記発熱部が前記部材を挟み、前記配線とは接し、前記部材とは接しないように前記絶縁層の上に前記発熱部を設ける工程と、
を有することを特徴とする記録基板の製造方法。 - 前記部材は、ダマシン法で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の記録基板の製造方法。
- 請求項１または請求項２に記載の製造方法で製造された記録基板において、
前記部材は、前記複数の発熱部が配列された配列方向に関して隣接する前記発熱部との間に前記絶縁層を介在して配されていることを特徴とする記録基板。 - 前記部材及び前記配線は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、及びＡｕのいずれか１つまたは複数を含有することを特徴とする請求項３に記載の記録基板。
- 前記部材の前記配列方向に直行する方向の幅は、前記配列方向に直行する方向の前記発熱部の幅より、広いことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の記録基板。
- 前記部材は、前記発熱部の配列の端部に設けられた前記部材の体積より、前記発熱部の配列の中央部に設けられた前記部材の体積が大きいことを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の記録基板。
- 前記部材と前記発熱部の最短の距離は、１μｍ〜５μｍであることを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載の記録基板。
- 互いに独立して設けられた複数の前記部材を有することを特徴とする請求項３乃至請求項７のいずれか１項に記載の記録基板。
- 前記部材の前記配列方向の長さは、前記基板に垂直な方向から見て前記配列方向において前記発熱部と重なる部分の方が前記発熱部と重ならない部分より短いことを特徴とする請求項３乃至請求項８のいずれか１項に記載の記録基板。
- 請求項３乃至請求項９のいずれか１項に記載の記録基板と、前記発熱部に対応して設けられた、液体を吐出するための吐出口と、
を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009074363A JP5404121B2 (ja) | 2009-03-25 | 2009-03-25 | 記録基板、該記録基板の製造方法及び液体吐出ヘッド |
| US12/730,117 US9120310B2 (en) | 2009-03-25 | 2010-03-23 | Recording element substrate, method of manufacturing the recording element substrate, and liquid ejection head |
| CN2010101411671A CN101844442B (zh) | 2009-03-25 | 2010-03-25 | 记录元件基板、制造该记录元件基板的方法和液体喷射头 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009074363A JP5404121B2 (ja) | 2009-03-25 | 2009-03-25 | 記録基板、該記録基板の製造方法及び液体吐出ヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010221660A JP2010221660A (ja) | 2010-10-07 |
| JP5404121B2 true JP5404121B2 (ja) | 2014-01-29 |
Family
ID=42769333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009074363A Active JP5404121B2 (ja) | 2009-03-25 | 2009-03-25 | 記録基板、該記録基板の製造方法及び液体吐出ヘッド |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9120310B2 (ja) |
| JP (1) | JP5404121B2 (ja) |
| CN (1) | CN101844442B (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5863493B2 (ja) * | 2012-02-13 | 2016-02-16 | キヤノン株式会社 | 液体吐出記録ヘッド |
| JP6598658B2 (ja) * | 2015-01-27 | 2019-10-30 | キヤノン株式会社 | 液体吐出ヘッドの素子基板及び液体吐出ヘッド |
| US10035346B2 (en) * | 2015-01-27 | 2018-07-31 | Canon Kabushiki Kaisha | Element substrate and liquid ejection head |
| JP6468929B2 (ja) * | 2015-04-09 | 2019-02-13 | キヤノン株式会社 | 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置 |
| EP3538370B1 (en) * | 2017-03-15 | 2021-09-15 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluid ejection dies |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62231761A (ja) * | 1985-11-06 | 1987-10-12 | Canon Inc | 液体噴射記録ヘツド |
| JP2907956B2 (ja) * | 1989-05-30 | 1999-06-21 | キヤノン株式会社 | 液体噴射記録ヘッド用基体、該基体を用いた液体噴射記録ヘッド及び該液体噴射記録ヘッドを備えた液体噴射記録装置 |
| JPH06134988A (ja) | 1992-10-27 | 1994-05-17 | Seiko Instr Inc | バブルジェットプリントヘッド |
| JPH08112925A (ja) * | 1994-10-17 | 1996-05-07 | Sanyo Electric Co Ltd | サーマルヘッド |
| US6305790B1 (en) * | 1996-02-07 | 2001-10-23 | Hewlett-Packard Company | Fully integrated thermal inkjet printhead having multiple ink feed holes per nozzle |
| US5980682A (en) * | 1998-05-14 | 1999-11-09 | Lexmark International, Inc. | Thermal printhead manufacture |
| CN1306904A (zh) * | 2000-01-21 | 2001-08-08 | 汉欣企业有限公司 | 气泡驱动弹性薄膜的喷墨印刷头 |
| JP2003170597A (ja) * | 2001-09-27 | 2003-06-17 | Fuji Photo Film Co Ltd | インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタ |
| KR100438709B1 (ko) * | 2001-12-18 | 2004-07-05 | 삼성전자주식회사 | 잉크 젯 프린트 헤드 |
| KR100472485B1 (ko) * | 2002-12-20 | 2005-03-09 | 삼성전자주식회사 | 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법 |
| JP2005193535A (ja) * | 2004-01-07 | 2005-07-21 | Alps Electric Co Ltd | サーマルヘッド及びその製造方法、並びにサーマルヘッドのドットアスペクト比調整方法 |
| JP2005280179A (ja) | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Canon Inc | インクジェットヘッド用基板およびインクジェットヘッド |
| KR100717034B1 (ko) * | 2005-10-04 | 2007-05-10 | 삼성전자주식회사 | 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드 |
| KR100723414B1 (ko) * | 2005-12-07 | 2007-05-30 | 삼성전자주식회사 | 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드 |
| JP2009006559A (ja) * | 2007-06-27 | 2009-01-15 | Canon Inc | 熱インクジェット記録ヘッド用埋め込み配線の製造方法 |
-
2009
- 2009-03-25 JP JP2009074363A patent/JP5404121B2/ja active Active
-
2010
- 2010-03-23 US US12/730,117 patent/US9120310B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2010-03-25 CN CN2010101411671A patent/CN101844442B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US9120310B2 (en) | 2015-09-01 |
| US20100245486A1 (en) | 2010-09-30 |
| CN101844442A (zh) | 2010-09-29 |
| CN101844442B (zh) | 2012-10-10 |
| JP2010221660A (ja) | 2010-10-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6598658B2 (ja) | 液体吐出ヘッドの素子基板及び液体吐出ヘッド | |
| US6663226B2 (en) | Ink-jet print head and method thereof | |
| JP5404121B2 (ja) | 記録基板、該記録基板の製造方法及び液体吐出ヘッド | |
| US8109609B2 (en) | Ink ejecting device and method of manufacturing the same | |
| TW514598B (en) | Fluid-jet printhead and method of fabricating a fluid-jet printhead | |
| JP5863493B2 (ja) | 液体吐出記録ヘッド | |
| KR100911323B1 (ko) | 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체 및 이를 구비한 잉크젯프린트헤드 | |
| US6981760B2 (en) | Ink jet head and ink jet printer | |
| KR101313946B1 (ko) | 액체 토출 헤드용 기판, 그 제조 방법 및 액체 토출 헤드 | |
| KR20070026916A (ko) | 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법 | |
| KR100717022B1 (ko) | 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법 | |
| JP5279242B2 (ja) | インクジェット記録ヘッド | |
| US7210766B2 (en) | Thermally-driven ink-jet printhead capable of preventing cavitation damage to a heater | |
| JP2009090561A (ja) | 発熱抵抗素子部品およびプリンタ | |
| TW200526416A (en) | Ink jet head, method of driving the ink jet head, and ink jet recording apparatus | |
| JP2003170597A (ja) | インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタ | |
| EP1447222B1 (en) | Ink-jet printhead | |
| JP2022175561A (ja) | サーマルプリントヘッド、およびサーマルプリントヘッドの製造方法 | |
| JP2005280179A (ja) | インクジェットヘッド用基板およびインクジェットヘッド | |
| JP5279243B2 (ja) | インクジェット記録ヘッド | |
| US7959265B2 (en) | Thermal inkjet printhead | |
| JP3327292B2 (ja) | インクジェット記録ヘッド | |
| JP3248268B2 (ja) | インクジェット記録ヘッド | |
| JP5065464B2 (ja) | 液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法 | |
| JP2009066861A (ja) | インクジェット記録ヘッド及び記録装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20100630 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120203 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130130 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130205 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130408 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20131001 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20131029 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5404121 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |