JP7258608B2 - Manufacturing method of liquid ejection head - Google Patents
Manufacturing method of liquid ejection head Download PDFInfo
- Publication number
- JP7258608B2 JP7258608B2 JP2019048097A JP2019048097A JP7258608B2 JP 7258608 B2 JP7258608 B2 JP 7258608B2 JP 2019048097 A JP2019048097 A JP 2019048097A JP 2019048097 A JP2019048097 A JP 2019048097A JP 7258608 B2 JP7258608 B2 JP 7258608B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pva
- supply port
- liquid supply
- liquid
- layer
- 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
Images
Description
本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a liquid ejection head.
近年、マイクロマシニング技術により、各種シリコンデバイスはインクジェット記録ヘッドなどの液体吐出ヘッド、熱型センサ、圧力センサ、加速度センサなどの各種デバイスに応用されている。 In recent years, various silicon devices have been applied to various devices such as liquid ejection heads such as ink jet recording heads, thermal sensors, pressure sensors, and acceleration sensors by means of micromachining technology.
このような各種シリコンデバイスは、高密度化、高精度化、コスト削減やタクトアップなどの種々の要望を満たすために、製造に当たってはマイクロマシニング技術である微細加工技術が用いられている。 In order to satisfy various demands such as high density, high precision, cost reduction, and takt time improvement, such various silicon devices are manufactured using microfabrication technology, which is a micromachining technology.
ここで、液体吐出ヘッドは、外部液体供給系との接続及び基板の保持等の観点から、エネルギー発生素子と液体供給口を有する素子基板上に、液体を吐出する吐出口を有するノズル層が配された液体吐出ヘッド用基板を、何らかの支持部材と接合した構成を有する。 Here, from the viewpoint of connection with an external liquid supply system, holding of the substrate, and the like, the liquid ejection head has a nozzle layer having ejection openings for ejecting liquid arranged on an element substrate having energy generating elements and liquid supply openings. It has a configuration in which the liquid ejection head substrate thus formed is joined to some kind of support member.
この構成を保ちつつ、安価で高精細な液体吐出ヘッドを提供する方法として、以下の方法が考えられる。即ち、複数種の液体を吐出する液体吐出ヘッド、例えば、カラー系のインクジェット記録ヘッドの場合は、基板の液体間ピッチ、即ち、隣り合う液体供給口の間のピッチを狭くすることが考えられる。これにより、１枚のウェハから作製するチップ個数を増やしコストダウンを図ることで、液体吐出ヘッドのチップシュリンクを達成することができる。
しかしながら、隣り合う液体供給口の間のピッチを狭くすると、液体供給口の形状を画定する液体供給口壁に相当する部分の厚みが薄くなり、外部から衝撃を受けた際に、チップが割れる等、物理的な強度が低下する場合があった。
The following method is conceivable as a method of providing an inexpensive and high-definition liquid ejection head while maintaining this configuration. That is, in the case of a liquid ejection head that ejects a plurality of types of liquid, for example, a color ink jet recording head, it is conceivable to narrow the pitch between liquids on the substrate, that is, the pitch between adjacent liquid supply ports. As a result, by increasing the number of chips manufactured from one wafer and reducing the cost, it is possible to achieve chip shrinkage of the liquid ejection head.
However, if the pitch between adjacent liquid supply ports is narrowed, the thickness of the portion corresponding to the liquid supply port wall that defines the shape of the liquid supply port becomes thin, and the chip may crack or the like when receiving an external impact. , the physical strength may decrease.
このため、液体供給口壁ではなく、液体供給口自体を狭くする検討が種々行われている。
具体的には、ノズル層を形成する前に、切削や貫通レーザー、ウェットエッチング、ドライエッチングなどにより、開口幅が細い液体供給口を形成する方法が考えられる。
しかしながら、液体供給口が形成された基板は、通常、スピンコート法などを用いて基板上にノズル層形成用材料を塗布することが困難なため、当該材料をフィルム化した後、貼りつける方法が取られる。しかし、このような方法では、設備投資が増え、加工費が高くなるため、結果的にコストダウンにならない場合がある。
For this reason, various studies have been made to narrow the liquid supply port itself instead of the liquid supply port wall.
Specifically, before forming the nozzle layer, a method of forming a liquid supply port with a narrow opening width by cutting, penetrating laser, wet etching, dry etching, or the like can be considered.
However, since it is usually difficult to apply a nozzle layer forming material on a substrate having a liquid supply port formed thereon by using a spin coating method or the like, a method of forming the material into a film and then attaching the material to the substrate is difficult. be taken. However, such a method increases equipment investment and processing costs, and as a result may not result in cost reduction.
そこで、特許文献１では、上記ノズル層を形成する前に、エネルギー発生素子が形成された基板に、当該基板を貫通する液体供給口を予め形成する。そして、当該液体供給口の特定の開口部をテープで塞いだ状態で液体供給口内に充填剤を充填することで、ノズル層側の開口部を塞ぐ充填剤層を形成し、ドライフィルムを用いることなくノズル層を形成している。
Therefore, in
上述したように、特許文献１に記載の方法は、予め液体供給口を形成するため、複数種の液体を吐出する液体吐出ヘッドにおいて、液体間ピッチを狭くし、チップシュリンクを行う上で、有効な方法である。
As described above, the method described in
しかしながら、特許文献１に記載の方法を用いて、液体供給口内に充填剤を充填する場合、ディスペンスノズルを液体供給口内に挿し込むことなく、液体供給口上から充填剤を注入する。このため、液体供給口の周囲に充填剤が付着する場合や、所望の位置に所望の厚みの充填剤を配置することが困難な場合があった。さらに、この方法では、液体供給口内に充填した充填剤に乾燥ムラが生じたり、充填剤を液体供給口内に注入する際にディスペンスノズルに詰まりが生じたりする場合があった。
このため、液体吐出ヘッドのチップシュリンクを達成する上で、充填剤を用いた液体吐出ヘッドの製造方法には更なる改良が求められていた。
However, when filling the filler into the liquid supply port using the method described in
Therefore, in order to achieve chip shrinkage of the liquid ejection head, there is a demand for further improvement in the method of manufacturing the liquid ejection head using a filler.
従って、本発明は、液体供給口の所望の位置に安定して充填剤層を形成することにより、既存設備を用いて液体吐出ヘッドのチップシュリンクが達成可能な液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a method of manufacturing a liquid ejection head that can achieve chip shrinkage of the liquid ejection head using existing equipment by stably forming a filler layer at a desired position of a liquid supply port. for the purpose.
上記課題を解決するための本発明は、液体を吐出する吐出口を有するノズル層と、該吐出口から液体を吐出するためのエネルギー発生素子と、該吐出口に液体を供給する液体供給口とを有する素子基板と、を有する液体吐出ヘッドを製造する方法であって、
第一の面にエネルギー発生素子が配された基板に、該基板の第一の面および該第一の面に対向する第二の面を貫通する前記液体供給口を形成する工程と、前記液体供給口の前記第一の面側の開口部をテープで覆う工程と、前記第二の面側からディスペンスノズルを前記液体供給口内に挿し込み、ＰＶＡ水溶液を該ディスペンスノズルから該液体供給口内に注入して、少なくとも該液体供給口の第一の面側の開口部を覆うＰＶＡ層を形成するＰＶＡ層形成工程と、前記テープを除去する工程と、前記ＰＶＡ層が形成された基板の前記第一の面上に、前記ノズル層を形成する工程と、前記ＰＶＡ層を除去する工程と、を有し、以下の条件（１）を満たすことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法である。
（１）前記ＰＶＡ水溶液のＰＶＡ濃度が、１８質量％以上、３０質量％以下であり、該ＰＶＡ水溶液に用いたＰＶＡの重合度が、２００以上、４００以下である。
The present invention for solving the above problems comprises a nozzle layer having ejection ports for ejecting liquid, an energy generating element for ejecting liquid from the ejection ports, and a liquid supply port for supplying liquid to the ejection ports. and a liquid ejection head comprising:
forming the liquid supply port penetrating the first surface of the substrate and the second surface opposite to the first surface in the substrate having the energy generating element disposed on the first surface; A step of covering the opening of the supply port on the first surface side with a tape, inserting a dispensing nozzle into the liquid supply port from the second surface side, and injecting the PVA aqueous solution from the dispensing nozzle into the liquid supply port. a PVA layer forming step of forming a PVA layer covering at least the opening on the first surface side of the liquid supply port; a step of removing the tape; and a step of removing the PVA layer on the surface of the liquid ejection head, wherein the following condition (1 ) is satisfied.
(1) The PVA concentration of the PVA aqueous solution is 18% by mass or more and 30% by mass or less, and the degree of polymerization of PVA used in the PVA aqueous solution is 200 or more and 400 or less.
本発明によれば、液体供給口の所望の位置に安定して充填剤層となるＰＶＡ層を形成することができ、既存設備を用いて液体吐出ヘッドのチップシュリンクが達成可能な液体吐出ヘッドの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, a PVA layer that serves as a filler layer can be stably formed at a desired position of a liquid supply port, and a liquid ejection head that can achieve chip shrinkage of the liquid ejection head using existing equipment. A manufacturing method can be provided.
上述したように、特許文献１に記載の方法に基づき液体供給口内に充填剤を充填する場合には、液体供給口の周囲に充填剤が付着する場合や、所望の位置に所望の厚みの充填剤を配置することが困難な場合があった。
しかしながら、本発明では、液体供給口内にディスペンスノズルを挿し込み、液体供給口のノズル層側の開口部、即ち、第一の面側の開口部にディスペンスノズルを近づけた状態で、充填剤（ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）水溶液）を液体供給口内に注入する。このため、液体供給口の周囲に充填剤が付着することなく、液体供給口の所望の位置に、安定して充填剤層（ＰＶＡ層）を形成することができる。これにより、本発明では、ドライフィルムを用いることなく素子基板上にノズル層を安定して形成することができ、既存設備を用いて、液体吐出ヘッドのチップシュリンクを達成することができる。なお、乾燥したＰＶＡ水溶液、即ちＰＶＡ層は、ノズル層の形成の際に通常使用する溶媒等に溶解しない耐溶剤性を有するため、充填剤として最適である。耐溶剤性が低い充填剤を用いた場合、図６（ｂ）に示すように、ノズル層形成時に、型材１８等に含まれる有機溶剤による充填剤層の溶解が生じる場合があり、所望とするノズル層を形成できない場合がある。
As described above, when the filler is filled into the liquid supply port based on the method described in
However, in the present invention, the dispense nozzle is inserted into the liquid supply port, and the filler (PVA (polyvinyl alcohol) aqueous solution) is injected into the liquid supply port. Therefore, a filler layer (PVA layer) can be stably formed at a desired position of the liquid supply port without the filler adhering around the liquid supply port. Accordingly, in the present invention, the nozzle layer can be stably formed on the element substrate without using a dry film, and chip shrinkage of the liquid discharge head can be achieved using existing equipment. The dried PVA aqueous solution, that is, the PVA layer, is suitable as a filler because it has solvent resistance and does not dissolve in the solvent or the like normally used in forming the nozzle layer. When a filler with low solvent resistance is used, as shown in FIG. 6B, the filler layer may be dissolved by the organic solvent contained in the
また、特許文献１に記載の方法に基づき、特定の開口部がテープで塞がれた液体供給口内に充填剤を充填して充填剤層を形成すると、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、液体供給口内で充填剤の乾燥ムラ１２ａが生じたり、充填剤層が破けたりする場合があった。そして、この破けた部分を介してノズル層形成用材料が液体供給口内に垂れ込むなどの製造上の不具合が生じる場合があった。この充填剤の乾燥過程において生じる乾燥ムラ１２ａは、スクリーン印刷技術で充填剤を液体供給口内に押し込むように充填した場合や、真空条件で充填剤を基板上に配置した後、大気圧で液体供給口内に押し込んだ場合でも発生した。なお、図２（ａ）は、ＰＶＡ層が形成された基板６を吐出口列の方向に沿って切断した際の断面図に相当し、図２（ｂ）は、当該基板を吐出口列の方向に対して垂直に切断した際の断面図に相当する。
Further, based on the method described in
しかしながら、本発明では、液体供給口内における（特定の箇所の）充填剤層の厚みを特定の範囲内とすることができ、これにより、このような乾燥ムラや充填剤層の破れを容易に防ぐことができる。さらに、本発明では、充填剤の注入量や注入時のディスペンスノズルの配置等を特定の条件とすることもできる。これにより、例えば、充填量を制御しない場合（例えば、液体供給口内全体を満たすように充填剤を充填した場合）と比較して、液体供給口内に形成する充填剤層の厚みを容易に制御でき、上述した乾燥ムラや充填剤層の破れをより容易に防ぐことができる。 However, in the present invention, the thickness of the filler layer (at a specific location) in the liquid supply port can be set within a specific range, thereby easily preventing such uneven drying and breakage of the filler layer. be able to. Furthermore, in the present invention, the injection amount of the filler, the arrangement of the dispensing nozzle at the time of injection, and the like can be set as specific conditions. As a result, the thickness of the filler layer formed inside the liquid supply port can be easily controlled compared to, for example, the case where the filling amount is not controlled (for example, the case where the filler is filled so as to fill the entire inside of the liquid supply port). , it is possible to more easily prevent the above-described uneven drying and breakage of the filler layer.
さらに、特許文献１に記載の方法に基づき、充填剤として、以下の方法で調製したＰＶＡ水溶液を使用し液体供給口内に連続して注入を行うと、ＰＶＡ水溶液の吐出が徐々に不安定になる場合があり、（ディスペンス用）ノズルが詰まってしまう場合があった。
このＰＶＡ水溶液は、水とＰＶＡとを混ぜて加熱溶解した後、ＰＶＡ水溶液中の気泡除去のため数時間静置し、異物を取り除くため、使用するディスペンスノズルよりも小さい径のフィルタでろ過を行ったものであった。なお、ノズル詰まりは、水とＰＶＡとを混ぜて加熱溶解した直後のものを使用した場合では発生しなかった。
このことから、当該ノズル詰まりは、以下の原因で生じることが分かった。即ち、気泡除去のため、数時間ＰＶＡ水溶液を静置している間に、このＰＶＡ水溶液の温度が常温（例えば２３℃）まで下がり、一度水中に溶解させたＰＶＡが析出することによって、つまり、温度によるＰＶＡの溶解度の差によって生じることが分かった。
Furthermore, based on the method described in
This PVA aqueous solution is mixed with water and PVA, heated and dissolved, left to stand for several hours to remove air bubbles in the PVA aqueous solution, and filtered with a filter having a smaller diameter than the dispensing nozzle used to remove foreign matter. It was something. Nozzle clogging did not occur when water and PVA were mixed and immediately dissolved by heating.
From this, it was found that the nozzle clogging was caused by the following causes. That is, while the PVA aqueous solution is left standing for several hours to remove air bubbles, the temperature of the PVA aqueous solution drops to room temperature (for example, 23° C.), and PVA once dissolved in water precipitates. It was found to be caused by the difference in solubility of PVA with temperature.
しかしながら、本発明では、ＰＶＡ水溶液のＰＶＡ濃度及び重合度を特定の範囲とすることができる。これにより、常温下でもＰＶＡが析出してノズル詰まりが生じることを容易に防ぐことができ、安定したＰＶＡ水溶液の吐出を行うことができ、所望の厚みのＰＶＡ層を容易に形成することできる。
さらに、充填剤として用いるＰＶＡ水溶液の粘度及びケン化度等を特定の範囲とすることにより、所望の位置に所望の厚みのＰＶＡ層を適度な耐溶剤性を維持した状態でノズル詰まり等なく容易に形成することができる。
However, in the present invention, the PVA concentration and degree of polymerization of the PVA aqueous solution can be set within specific ranges. As a result, it is possible to easily prevent nozzle clogging due to deposition of PVA even at room temperature, and it is possible to stably discharge the PVA aqueous solution and easily form a PVA layer having a desired thickness.
Furthermore, by setting the viscosity and degree of saponification of the PVA aqueous solution used as a filler within a specific range, it is possible to easily form a PVA layer of a desired thickness at a desired position without clogging nozzles while maintaining appropriate solvent resistance. can be formed into
このように、本発明では、液体供給口の所望の位置に安定してＰＶＡ層を形成できる他に、ＰＶＡ層の乾燥ムラや破け、ノズル詰まり等も容易に防ぐことができる。このため、スピンコート法等を用いて素子基板上にノズル層を容易に形成することができ、ノズル層形成前に幅の狭い液体供給口を容易に作製することが可能となる。これにより、新規の設備投資を必要とすることなく、図４に示す従来の液体吐出ヘッドのように液体供給口壁を薄くすることなく、安価で信頼性を維持した液体吐出ヘッドを容易に得ることができる。その結果、本発明では、液体吐出ヘッドのチップシュリンクを容易に達成することができる。なお、図４は、液体供給口壁を薄くすることにより、隣り合う液体供給口の間のピッチを狭くした従来の液体吐出ヘッドの一例を示す図である。 As described above, according to the present invention, the PVA layer can be stably formed at the desired position of the liquid supply port, and it is also possible to easily prevent uneven drying and breakage of the PVA layer, nozzle clogging, and the like. Therefore, the nozzle layer can be easily formed on the element substrate by using a spin coating method or the like, and a narrow liquid supply port can be easily manufactured before forming the nozzle layer. As a result, it is possible to easily obtain a liquid discharge head which maintains reliability at a low cost without requiring new equipment investment and without thinning the liquid supply port wall unlike the conventional liquid discharge head shown in FIG. be able to. As a result, according to the present invention, it is possible to easily achieve chip shrinkage of the liquid discharge head. FIG. 4 is a diagram showing an example of a conventional liquid ejection head in which the pitch between adjacent liquid supply ports is narrowed by thinning the walls of the liquid supply ports.
＜液体吐出ヘッド＞
本発明より得られる液体吐出ヘッドは、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、更には、各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。以下の説明では、液体吐出ヘッドとしてインクジェット記録ヘッドに着目した記載が成されることがあるが、本発明はこの形態に限定されない。
<Liquid ejection head>
The liquid discharge head obtained by the present invention can be installed in printers, copiers, facsimiles having communication systems, and industrial recording devices combined with various processing devices. In the following description, the description may focus on the ink jet recording head as the liquid ejection head, but the present invention is not limited to this form.
以下に、本発明より得られる液体吐出ヘッドについて、図面を参照して詳しく説明する。なお、以下の説明では、同一の機能を有する構成には図面中同一の番号を付与し、その説明を省略する場合がある。
図１は、本発明の一実施形態より得られる液体吐出ヘッドを示す図であり、（ａ）は該液体吐出ヘッドの一部が破断された状態の模式的斜視図であり、（ｂ）は該液体吐出ヘッドをＡ－Ａ’線で切断した際の模式的断面図である。本発明より得られる液体吐出ヘッドは、後述するノズル層及び素子基板を有する液体吐出ヘッド用基板を支持部材に接合した構成を有することができるが、本明細書においては、当該支持部材に関する説明は省略する場合がある。なお、該支持部材としては、液体吐出ヘッドの分野で公知のものを適宜用いることができる。
A liquid ejection head obtained from the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In the following description, configurations having the same functions are given the same numbers in the drawings, and descriptions thereof may be omitted.
1A and 1B are diagrams showing a liquid ejection head obtained from one embodiment of the present invention, FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the liquid ejection head cut along line AA'; FIG. The liquid ejection head obtained by the present invention can have a structure in which a liquid ejection head substrate having a nozzle layer and an element substrate, which will be described later, is bonded to a supporting member. May be omitted. As the support member, a member known in the field of liquid ejection heads can be appropriately used.
図１に示すように、液体吐出ヘッド７は、エネルギー発生素子４及び液体供給口５を有する素子基板２と、吐出口３を有するノズル層１とを有する。
As shown in FIG. 1, the
（ノズル層）
ノズル層１は、素子基板２を構成する基板６の第一の面６ａ上に、設けられている。ノズル層１は、液体（例えば、インク等の記録液）を吐出する（液体）吐出口３を少なくとも有し、該吐出口３に連通する（液体）流路８を有することもできる。
吐出口３は、液体を吐出するためのものであり、図１（ｂ）に示すように、液体吐出ヘッドのおもて面（紙面上側の面）において開口して形成されている。また、吐出口３は、エネルギー発生素子４の上方（液体吐出ヘッドのおもて面側）に形成することができ、通常、１つの液体吐出ヘッドに複数形成される。図１（ａ）では、液体吐出ヘッドの一方向に沿って吐出口を略同一のピッチで配置することにより形成された吐出口列が、６列配置されている。
流路８は、液体を保持する液室として利用することができ、吐出口３及び液体供給口５と連通している。
ノズル層１は、単層で構成されていてもよいし、複数層で構成されていてもよい。例えば、ノズル層１が、吐出口３を有するオリフィスプレートと、流路８を有する流路壁部材とで構成されていてもよい。
(nozzle layer)
The
The
The
The
（素子基板）
素子基板２は、第一の面６ａ及び該第一の面６ａに対向する第二の面６ｂを有する基板６に、第一の面６ａ上に配されるエネルギー発生素子４と、第一の面６ａ及び第二の面６ｂを貫通する液体供給口５とが形成されている。なお、図１（ｂ）では、エネルギー発生素子４の記載が省略されている。
素子基板２に用いる基板６としては、例えばシリコン基板を用いることができる。
エネルギー発生素子４は、吐出口３から液体を吐出するためのものであり、そのためのエネルギーを発生できるものであればよい。エネルギー発生素子４としては、液体を沸騰させる電気熱変換素子（発熱抵抗体素子、ヒータ素子）や、体積変化や振動により液体に圧力を与える素子（ピエゾ素子、圧電素子）等を用いることができる。なお、エネルギー発生素子の数や配置は、作製する液体吐出ヘッドの構造に応じて適宜選択することができ、例えば、この素子を複数、上述した吐出口列の方向に所定のピッチで一列並べて、基板の第一の面６ａに設けることができる。図１では、エネルギー発生素子４は、ノズル層１に配された吐出口３と対向する位置に設けられている。
(element substrate)
The
As the
The
また、素子基板２は、エネルギー発生素子４に電力を供給する電気配線（不図示）や、エネルギー発生素子４を保護する保護膜９、液体供給口のエッチングマスクとしても機能できる熱酸化膜１０等を有することもできる。
Further, the
液体供給口５は、吐出口３に液体を供給するためのものであり、第一の面６ａ及び第二の面６ｂにおいて開口している。液体供給口の形状は特に限定されないが、液体供給口内に充填剤を注入する際に、第二の面側から液体供給口内にディスペンスノズルを配置して、液体供給口の第一の面側の開口部に該ディスペンスノズルを近づけた状態に維持できる形状とする。図１では、液体供給口は、吐出口列の方向（以降、第一の方向と称することがある）に延在して形成されている。また、当該液体供給口は、吐出口列の方向に垂直でかつ基板面に対して平行な方向（図１（ｂ）に示す紙面左右方向、以降、第二の方向と称する）において、第二の面側の開口部における開口幅が最も大きくなるように形成されている。なお、液体供給口の開口幅は、基板厚み方向において一定であってもよいし、異なっていてもよい。しかし、充填剤の注入の観点から、液体供給口の上記第二の方向における第二の面側の開口幅は、３６０μｍ以上、７３０μｍ以下であることが好ましく、３６０μｍ以上、５３０μｍ以下であることがより好ましい。
なお、図１では、液体供給口の第一の面側の開口部の開口幅が最小となるように形成されている。当該第一の面側の開口部の開口幅は、充填剤の注入の観点から、１００μｍ以上であることが好ましい。また、図１に示すように、第一の方向に延在する液体供給口は、第二の方向に、複数形成することができる。
The
In addition, in FIG. 1, the opening width of the opening on the first surface side of the liquid supply port is formed to be the smallest. The opening width of the opening on the first surface side is preferably 100 μm or more from the viewpoint of injection of the filler. Also, as shown in FIG. 1, a plurality of liquid supply ports extending in the first direction can be formed in the second direction.
＜液体吐出ヘッドの製造方法＞
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、以下の工程を有する。
・第一の面にエネルギー発生素子が配された基板に、該基板の第一の面及び第二の面を貫通する液体供給口を形成する工程（液体供給口形成工程）。
・前記液体供給口の第一の面側の開口部をテープで覆う工程（被覆工程）。
・第二の面側からディスペンスノズルを液体供給口内に挿し込み、ＰＶＡ水溶液を該ディスペンスノズルから該液体供給口内に注入して、少なくとも該液体供給口の第一の面側の開口部を覆うＰＶＡ層を形成する工程（ＰＶＡ層形成工程）。
・前記テープを除去する工程（テープ除去工程）。
・前記ＰＶＡ層が形成された基板の第一の面上に、ノズル層を形成する工程（ノズル層形成工程）。
・前記ＰＶＡ層を除去する工程（ＰＶＡ層除去工程）。
<Method for Manufacturing Liquid Ejection Head>
A method for manufacturing a liquid ejection head according to the present invention includes the following steps.
- A step of forming a liquid supply port penetrating through the first surface and the second surface of the substrate on which the energy generating element is arranged on the first surface (liquid supply port forming step).
- A step of covering the opening on the first surface side of the liquid supply port with a tape (covering step).
- A dispense nozzle is inserted into the liquid supply port from the second surface side, and a PVA aqueous solution is injected into the liquid supply port from the dispense nozzle to cover at least the opening of the liquid supply port on the first surface side. A step of forming a layer (PVA layer forming step).
• A step of removing the tape (tape removing step).
- A step of forming a nozzle layer on the first surface of the substrate on which the PVA layer is formed (nozzle layer forming step).
- A step of removing the PVA layer (PVA layer removing step).
なお、本発明では、以下の条件（１）及び（２）のいずれか一方又は両方の条件を満たす。
（１）ＰＶＡ水溶液のＰＶＡ濃度が、１８質量％以上、３０質量％以下であり、該ＰＶＡ水溶液に用いたＰＶＡの重合度が、２００以上、４００以下である。
（２）液体供給口が吐出口列の方向に延在して形成されており、上述した第二の方向におけるＰＶＡ層の液体供給口の中央部での厚みが、１５μｍ以上、６０μｍ以下である。
以降、上記条件（１）を満たす本発明の実施形態を第一の実施形態と称し、上記条件（２）を満たす本発明の実施形態を第二の実施形態と称する。なお、第一の実施形態が上記条件（２）を満たしていてもよいし、第二の実施形態が上記条件（１）を満たしていてもよい。即ち、第一の実施形態と、第二の実施形態とが、同一の実施形態であってもよい。
The present invention satisfies either or both of the following conditions (1) and (2).
(1) The PVA concentration of the PVA aqueous solution is 18% by mass or more and 30% by mass or less, and the degree of polymerization of PVA used in the PVA aqueous solution is 200 or more and 400 or less.
(2) The liquid supply port is formed extending in the direction of the ejection port array, and the thickness of the PVA layer at the center portion of the liquid supply port in the second direction is 15 μm or more and 60 μm or less. .
Hereinafter, an embodiment of the present invention that satisfies the above condition (1) will be referred to as a first embodiment, and an embodiment of the present invention that satisfies the above condition (2) will be referred to as a second embodiment. The first embodiment may satisfy the condition (2), and the second embodiment may satisfy the condition (1). That is, the first embodiment and the second embodiment may be the same embodiment.
また、上記ＰＶＡ層形成工程は、以下の工程を含むことができる。
・液体供給口内に注入されたＰＶＡ水溶液を乾燥する工程（乾燥工程）。
さらに、本発明の製造方法は、以下の工程を含むことができる。
・第一の面にエネルギー発生素子を有する基板を用意する工程（基板用意工程）。
・得られた基板に支持部材を貼り付ける工程（支持部材貼付工程）。
これらの各工程が順次行われてもよいし、複数の工程（例えば、ノズル層形成工程及びＰＶＡ層除去工程）が並行して行われてもよい。
以下に各工程について、図面を参照して詳しく説明する。なお、図５－１及び図５－２は、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一実施形態における各工程を説明するための工程断面図である。なお、各工程における断面図は、液体吐出ヘッドを吐出口列の方向に対して垂直に切断した際の断面図に相当するものである。
Further, the PVA layer forming step can include the following steps.
• A step of drying the PVA aqueous solution injected into the liquid supply port (drying step).
Furthermore, the production method of the present invention can include the following steps.
- A step of preparing a substrate having an energy generating element on the first surface (substrate preparing step).
- A step of attaching a supporting member to the obtained substrate (supporting member attaching step).
Each of these steps may be performed sequentially, or a plurality of steps (for example, the nozzle layer forming step and the PVA layer removing step) may be performed in parallel.
Each step will be described in detail below with reference to the drawings. 5-1 and 5-2 are process cross-sectional views for explaining each process in one embodiment of the method for manufacturing the liquid ejection head of the present invention. The cross-sectional views in each step correspond to cross-sectional views of the liquid ejection head cut perpendicularly to the direction of the ejection port array.
（基板用意工程）
まず、図５－１（ａ）に示すように、第一の面６ａにエネルギー発生素子（不図示）を有する基板６を用意する。なお、基板６としては、例えば、シリコン基板を用いることができる。また、エネルギー発生素子としては、例えば、液体の吐出に利用されるエネルギーを発生し、導通に応じて液体に膜沸騰を生じさせる熱エネルギーを発生するヒータ素子などを用いることができる。この際、基板の第一の面６ａ上に、エネルギー発生素子に電力を供給する電気配線（不図示）や素子を保護するＳｉＮ等の保護膜（絶縁膜）９等を、フォトリソグラフィ技術（フォトリソ技術）を用いた多層配線技術などによって形成することができる。また、図５－１（ａ）では、基板６の第一の面６ａ上に、基板の第一の面側の液体供給口の開口幅を決める（例えば、アルミ）犠牲層１４が形成されている。また、基板の第二の面６ｂ上に、第二の面側の液体供給口用パターニングマスクとなる熱酸化膜１０が成膜されている。
(Substrate preparation process)
First, as shown in FIG. 5-1(a), a
（液体供給口形成工程）
続いて、図５－１（ｂ）に示すように、基板の第一の面６ａ上に、マスク材１５を塗布する。当該マスク材は、液体供給口を形成する際に用いられる強アルカリエッチング液等に保護膜９等がダメージを受けないよう設置するものであり、例えば耐アルカリ性を有するものである。
(Liquid supply port forming step)
Subsequently, as shown in FIG. 5-1(b), a
次に、図５－１（ｃ）に示すように、得られた基板を、基板面に対して略垂直に貫通する貫通孔１６を形成する。具体的には、例えば、ＹＡＧレーザー等で、マスク材１５、犠牲層１４、基板６及び熱酸化膜１０を貫通する貫通孔を形成する。この時、基板の第二の面に成膜されている熱酸化膜１０に、第二の面側の液体供給口の位置を決める開口を、レーザーで削り取る様にパターニングすることができる。なお、レーザー以外のパターニング方法で熱酸化膜１０を加工してもよい。
Next, as shown in FIG. 5-1(c), through-
続いて、図５－１（ｄ）に示すように、貫通孔１６が形成された基板を、所定の温度及び濃度に調温したＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液等に所定の時間（例えば、２～４時間）浸漬して、異方性エッチングを施す。これにより、基板を貫通する液体供給口５を形成する。その際、犠牲層１４も同時に除去される。図５－１では、液体供給口は、吐出口列の方向（紙面に対して垂直な方向）に延在して形成されている。
次に、図５－１（ｅ）に示すように、不要となったマスク材１５を、材料に応じた除去液に、所定の時間浸漬して除去する。
なお、液体供給口の開口幅に関しては、充填剤の注入の観点から、上述した範囲内とすることが好ましい。
Subsequently, as shown in FIG. 5-1(d), the substrate in which the through-
Next, as shown in FIG. 5-1(e), the
From the viewpoint of injection of the filler, the opening width of the liquid supply port is preferably within the range described above.
（被覆工程）
次に、図５－１（ｆ）に示すように、基板の第一の面側の開口部をテープ１３で覆う。当該テープ１３は、基材１３ｂと、粘着層１３ａとの二層構成からなる剥離可能なテープである。このテープはＰＶＡ層の形成後に剥離するため、例えば、紫外線照射で粘着強度を下げるＵＶ剥離タイプのテープや、常温（例えば２３℃）で剥がし易い微粘着テープを用いることが好ましい。
(Coating process)
Next, as shown in FIG. 5-1(f), the opening on the first surface side of the substrate is covered with
（ＰＶＡ層形成工程）
続いて、図５－１（ｇ）及び（ｈ）に示すように、第二の面６ｂ側からディスペンスノズル１７を液体供給口内に挿し込む。そして、液体供給口５の第一の面側の開口部（第一の面６ａ）にディスペンスノズル１７を近づけた状態で、充填剤（ＰＶＡ水溶液）１１を液体供給口内に注入する。なお、図８（ａ）に示すように、各液体供給口において、ディスペンスノズル１７は、吐出口列の方向（紙面左右方向）に沿って移動しながらＰＶＡ水溶液１１を注入する。
この際、ディスペンスノズル１７は、液体供給口内に挿し込んで使用するため、先端部が先細るテーパ形状の極細のディスペンスノズルを用いることが好ましく、当然ながら、液体供給口の第二の方向（短手方向）の開口幅よりも幅が狭いことが好ましい。極細なニードルが使える高精細なディスペンス充填技術を用いることによって、容易に、ＰＶＡ水溶液を液体供給口の一穴ずつに適正量を充填することができ、乾燥ムラ等の従来の課題を容易に解決することができる。例えば、液体供給口５の幅よりも細い、内径φ（直径）１００μｍ以下のディスペンスノズルを用いることができる。
(PVA layer forming step)
Subsequently, as shown in FIGS. 5-1(g) and (h), the dispensing
At this time, since the dispense
なお、ＰＶＡ水溶液を液体供給口内に注入する際の、ディスペンスノズル１７の先端と、液体供給口５の第一の面側の開口部との間の距離は適宜設定することができるが、当該距離は、１０μｍ以上、４００μｍ以下であることが好ましい。両者の間の距離がこの範囲内であれば、ＰＶＡ層の厚みを制御し易く、少量のＰＶＡ水溶液の注入により、ＰＶＡ層の乾燥ムラや破れを容易に防ぐことができる。また、同様の観点から、当該距離は、１０μｍ以上、１００μｍ以下であることがより好ましい。
The distance between the tip of the dispensing
なお、液体供給口内に注入されるＰＶＡ水溶液の注入量は、液体供給口５の容積の５０％以下であることが好ましく、２０％以下であることがより好ましい。ＰＶＡ水溶液の充填量が５０％以下であれば、自然乾燥の場合や乾燥操作を加えた場合でも、図２のように第二の面の開口部近傍にも固形分が集まって乾燥ムラが生じることを容易に防ぐことができる。その結果、所望の位置に所望の厚みのＰＶＡ層を形成することができ、テープ除去工程において、ＰＶＡ層が破けることを容易に防ぐことができる。
図２に示すように、ＰＶＡ層の乾燥時に乾燥ムラが発生するメカニズムは、以下のように推測される。即ち、まず、水分の抜け易い液体供給口の第二の面側の開口部近傍のＰＶＡ層の表面が乾燥し、液体供給口内部でＰＶＡ層中の固形分濃度差が生じると、固形分濃度の高い方へと水分が動きやすくなる。このため、乾燥スピードの早い第二の面側の開口部近傍に固形分も集まって乾燥ムラとなり、液体供給口の第一の面側の開口部近傍ではＰＶＡ層の膜厚が薄くなってしまい、テープ除去工程においてＰＶＡ層が破けてしまう現象が生じる。本発明では、この乾燥ムラを防ぐために、特定のＰＶＡ水溶液を用いて特定のＰＶＡ層を形成することができる。
例えば、ＰＶＡと水との混合物であるＰＶＡ水溶液を９０℃以上に調温した加熱溶解物を、例えば容積が２．２８ｍｍ３の液体供給口に対して、０．２～１．１ｍｇ充填することにより、液体供給口の容積に対して５０％以下でＰＶＡ水溶液を充填することができる。
The amount of the PVA aqueous solution injected into the liquid supply port is preferably 50% or less of the volume of the
As shown in FIG. 2, the mechanism by which uneven drying occurs during drying of the PVA layer is presumed as follows. That is, first, when the surface of the PVA layer near the opening on the second surface side of the liquid supply port where water easily escapes dries, and a difference in solid content concentration occurs in the PVA layer inside the liquid supply port, the solid content concentration Moisture moves more easily toward higher . For this reason, the solid content also gathers in the vicinity of the opening on the second surface side where the drying speed is fast, resulting in uneven drying, and the film thickness of the PVA layer becomes thin in the vicinity of the opening on the first surface side of the liquid supply port. , a phenomenon occurs in which the PVA layer is torn during the tape removal process. In the present invention, in order to prevent this drying unevenness, a specific PVA layer can be formed using a specific PVA aqueous solution.
For example, 0.2 to 1.1 mg of a heated melt of a PVA aqueous solution, which is a mixture of PVA and water, adjusted to a temperature of 90° C. or higher is filled into a liquid supply port having a volume of 2.28 mm 3 , for example. Thus, the PVA aqueous solution can be filled at 50% or less of the volume of the liquid supply port.
ここで、液体供給口内に充填されるＰＶＡ水溶液について詳細に説明する。ＰＶＡ水溶液の性質を決定する上で重要となるパラメータとして、ケン化度、重合度、ＰＶＡ濃度（固形分濃度）及び粘度の４つが挙げられる。以下に各パラメータとその適正範囲について説明する。 Here, the PVA aqueous solution filled in the liquid supply port will be described in detail. There are four parameters that are important in determining the properties of the PVA aqueous solution: degree of saponification, degree of polymerization, PVA concentration (concentration of solid content), and viscosity. Each parameter and its appropriate range are described below.
ＰＶＡ水溶液に用いるＰＶＡのケン化度は、耐溶剤性に関係するパラメータであり、その値が高いほど、耐溶剤性が高いことを示す。ＰＶＡのケン化度は、８０ｍｏｌ％以上、９９ｍｏｌ％以下であることが好ましい。ＰＶＡのケン化度がこの範囲内であれば、素子基板上にノズル層を形成する際に、使用する材料（例えば、後述する型材１８及びノズル層形成用材料１９）に含まれる有機溶剤に、液体供給口内に作製したＰＶＡ層が溶解することを容易に防ぐことができる。
The degree of saponification of PVA used in the PVA aqueous solution is a parameter related to solvent resistance, and the higher the value, the higher the solvent resistance. The degree of saponification of PVA is preferably 80 mol % or more and 99 mol % or less. If the degree of saponification of PVA is within this range, the organic solvent contained in the materials used when forming the nozzle layer on the element substrate (for example, the
ＰＶＡ水溶液に用いるＰＶＡの重合度は、ＰＶＡ水溶液の粘度を一定とした場合、水の中にどの程度ＰＶＡを溶解できるかを決めるパラメータであり、その値が低いほど、より多くのＰＶＡを水中に溶解することができる。ＰＶＡの重合度は、２００以上、４００以下であることが好ましい。なお、本発明の第一の実施形態では、ＰＶＡの重合度を、２００以上、４００以下とする。ＰＶＡの重合度が２００以上であれば、作製したＰＶＡ層に適度な機械的強度を付与することができ、テープ除去工程において、ＰＶＡ層が破れることを容易に防ぐことができる。また、ＰＶＡの重合度が４００以下であれば、ＰＶＡ水溶液中のＰＶＡ濃度を所望の範囲内とし易く、ＰＶＡ水溶液の充填量を多くしたり、ＰＶＡ濃度を上げたりせずに、乾燥工程後のＰＶＡ層の厚みを所望の範囲内とし易くなる。 The degree of polymerization of PVA used in the PVA aqueous solution is a parameter that determines how much PVA can be dissolved in water when the viscosity of the PVA aqueous solution is constant. The lower the value, the more PVA is dissolved in water. Can dissolve. The degree of polymerization of PVA is preferably 200 or more and 400 or less. In addition, in the first embodiment of the present invention, the degree of polymerization of PVA is set to 200 or more and 400 or less. If the degree of polymerization of PVA is 200 or more, it is possible to impart appropriate mechanical strength to the produced PVA layer, and to easily prevent the PVA layer from tearing in the tape removing step. Further, if the degree of polymerization of PVA is 400 or less, the concentration of PVA in the aqueous PVA solution can be easily adjusted within the desired range, and without increasing the filling amount of the aqueous PVA solution or increasing the PVA concentration, It becomes easy to make the thickness of the PVA layer within a desired range.
ここで、図７に、ＰＶＡ水溶液の粘度は一定とした場合の、ＰＶＡの重合度と、ＰＶＡ層との関係を示す図を表す。図７（ａ－１）及び（ａ－２）は、ＰＶＡの重合度が２５０であるＰＶＡ水溶液を、図７（ｂ－１）及び（ｂ－２）は、ＰＶＡの重合度が６００であるＰＶＡ水溶液を、液体供給口内にそれぞれ同じ量充填し、ベーク処理する前後を示す断面模式図である。これらの図に示すように、重合度が大きいＰＶＡ程、ベーク処理後、ＰＶＡ層の膜厚が薄くなる傾向がある。そこで、図７（ｃ－１）及び（ｃ－２）に、ＰＶＡの重合度が６００であるＰＶＡ水溶液の充填量を増やした場合のベーク処理前後の断面模式図を示す。この場合、ベーク処理時にＰＶＡ層１２の乾燥ムラ１２ａが起こることがあり、第二の面側の開口部近傍に固形分が集まり、液体供給口の第一の面側の開口部を覆うＰＶＡ層が薄くなってしまう場合がある。このような場合には、テープ除去工程において、ＰＶＡ層の破れが発生する場合がある。このため、上述した液体供給口内の５０％以下の充填量で、所望の厚みのＰＶＡ層が得られるように、ＰＶＡの重合度を選択することが好ましい。
Here, FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the degree of polymerization of PVA and the PVA layer when the viscosity of the PVA aqueous solution is constant. 7(a-1) and (a-2) show an aqueous PVA solution with a PVA polymerization degree of 250, and FIGS. 7(b-1) and (b-2) show a PVA polymerization degree of 600. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing before and after a PVA aqueous solution is filled in the same amount in each liquid supply port and baked. As shown in these figures, PVA with a higher degree of polymerization tends to have a thinner PVA layer after baking. 7(c-1) and 7(c-2) show schematic cross-sectional views before and after baking when the filling amount of the PVA aqueous solution having a degree of polymerization of PVA of 600 is increased. In this case,
上述したケン化度と重合度の条件を満たすＰＶＡを用いて、ＰＶＡ水溶液の固形分濃度と粘度を決定する。ＰＶＡ水溶液の固形分濃度は、ＰＶＡ水溶液中のＰＶＡの濃度であり、ＰＶＡ水溶液の液体供給口内の充填量によって、ＰＶＡ層の膜厚が決まる。ＰＶＡ水溶液のＰＶＡ濃度は、１０質量％以上、３０質量％以下であることが好ましく、１８質量％以上、３０質量％以下であることがより好ましい。
ＰＶＡ濃度が１０質量％以上であれば、液体供給口内に充填するＰＶＡ水溶液の量を少なくすることができ、充填時間を短縮することができる。また、ＰＶＡ濃度が３０質量％以下であれば、常温下でＰＶＡが析出することなく、安定した吐出を行うことができ、ディスペンスノズルが詰まることなく、所望の厚みのＰＶＡ層を容易に形成することができる。例えば、ＰＶＡ濃度が非常に高いＰＶＡ水溶液を用いた場合には、図８（ｂ）に示すように、液体供給口内にディスペンスノズル１７を用いて連続吐出していると、次第に吐出が不安定になる。最終的にはディスペンスノズルが詰まることがあり、均一の厚みのＰＶＡ層を形成できない場合がある。
なお、本発明の第一の実施形態では、ＰＶＡ水溶液のＰＶＡ濃度（固形分濃度）を、１８質量％以上、３０質量％以下とする。ＰＶＡ濃度をこの範囲とすることにより、より短時間で所望の厚みのＰＶＡ層をノズル詰まりなく形成することができる。なお、ＰＶＡ水溶液のＰＶＡ濃度は、粘度計により特定することができる。
The solid concentration and viscosity of the PVA aqueous solution are determined using the PVA that satisfies the above-described saponification degree and polymerization degree conditions. The solid content concentration of the PVA aqueous solution is the concentration of PVA in the PVA aqueous solution, and the film thickness of the PVA layer is determined by the filling amount of the PVA aqueous solution in the liquid supply port. The PVA concentration of the PVA aqueous solution is preferably 10% by mass or more and 30% by mass or less, more preferably 18% by mass or more and 30% by mass or less.
If the PVA concentration is 10% by mass or more, the amount of the PVA aqueous solution to be filled in the liquid supply port can be reduced, and the filling time can be shortened. Further, when the PVA concentration is 30% by mass or less, stable discharge can be performed without precipitation of PVA at room temperature, and a PVA layer having a desired thickness can be easily formed without clogging the dispensing nozzle. be able to. For example, when a PVA aqueous solution with a very high PVA concentration is used, as shown in FIG. Become. Ultimately, the dispensing nozzle may become clogged, making it impossible to form a PVA layer of uniform thickness.
In addition, in the first embodiment of the present invention, the PVA concentration (solid content concentration) of the PVA aqueous solution is set to 18% by mass or more and 30% by mass or less. By setting the PVA concentration within this range, a PVA layer having a desired thickness can be formed in a shorter time without nozzle clogging. The PVA concentration of the PVA aqueous solution can be specified using a viscometer.
この際、ＰＶＡ水溶液の２３℃における粘度は、充填性を考慮して、０．０１Ｐａ・ｓ以上（１０ｃＰ以上）、１Ｐａ・ｓ以下（１，０００ｃＰ以下）であることが好ましい。なお、ＰＶＡ水溶液の粘度は、粘度計により特定することができる。 At this time, the viscosity of the PVA aqueous solution at 23° C. is preferably 0.01 Pa·s or more (10 cP or more) and 1 Pa·s or less (1,000 cP or less) in consideration of filling properties. The viscosity of the PVA aqueous solution can be specified using a viscometer.
ＰＶＡ水溶液に用いるＰＶＡとしては、例えば、商品名：ＪＭＲ－１０Ｈ、ＪＰ－０３（いずれも日本酢ビ・ポバール社製）を用いることができる。
これらのＰＶＡを用いることによって、ノズル層形成時に、液体供給口内に形成したＰＶＡ層がノズル層形成用材料等に溶解することを容易に防ぐことができる。
As the PVA used in the PVA aqueous solution, for example, trade names: JMR-10H and JP-03 (both of which are manufactured by Nippon Vinepo Poval Co., Ltd.) can be used.
By using these PVA, it is possible to easily prevent the PVA layer formed inside the liquid supply port from dissolving in the material for forming the nozzle layer, etc., when forming the nozzle layer.
続いて、図５－２（ｉ）に示すように、液体供給口内に注入されたＰＶＡ水溶液１１を乾燥し（乾燥工程）、ＰＶＡ層（充填剤層）１２を形成する。乾燥方法としては特に限定されないが、例えば、ＰＶＡ層１２の乾燥状態をウェハ面内で均一にするため、ホットプレート等を用いて、ＰＶＡ層の乾燥を行うことができる。乾燥時間や乾燥温度も特に限定されないが、例えば１２０℃、３００秒の設定で、ＰＶＡ層の乾燥を行うことができる。
Subsequently, as shown in FIG. 5-2(i), the PVA
その際、液体供給口における乾燥後のＰＶＡ層１２の厚みは、以下の範囲とすることが好ましい。即ち、上述した第二の方向（図５－２に示す紙面左右方向）におけるＰＶＡ層の液体供給口の中央部（及びその近傍）での厚みが、１５μｍ以上、６０μｍ以下であることが好ましい。当該部分の厚みが１５μｍ以上であれば、ＰＶＡ層形成後に破れることを容易に防ぐことができ、当該部分の厚みが６０μｍ以下であれば、乾燥ムラが生じることを容易に防ぐことができる。なお、液体供給口内に形成されるＰＶＡ層はいずれの部分も上記範囲内の厚みを有することが好ましいが、少なくとも液体供給口の第一の面側の開口部を覆う部分のＰＶＡ層が上記範囲内の厚みを有することが好ましい。
ここで、図３（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ、ＰＶＡ層の当該部分の厚みが１５μｍ及び６０μｍである、液体供給口内のＸ線解析断面写真を示す。なお、本発明の第二の実施形態では、当該部分の厚みは、１５～６０μｍとなる。
In this case, the thickness of the
Here, FIGS. 3(a) and 3(b) show X-ray analysis cross-sectional photographs inside the liquid supply port where the thickness of the relevant portion of the PVA layer is 15 μm and 60 μm, respectively. In addition, in the second embodiment of the present invention, the thickness of the portion is 15 to 60 μm.
（テープ除去工程）
次に、図５－２（ｊ）に示すように、基材１３ｂと、粘着層１３ａとを含むテープ１３を基板の第一の面６ａ上から除去する。テープの除去方法は特に限定されないが、例えば、当該テープとして、紫外線照射で粘着強度を下げるＵＶ剥離タイプのテープを用いた場合は、以下の方法により、テープを除去することができる。即ち、窒素雰囲気中で、テープ上から例えば２００ｍＪ以上の紫外線を照射することにより、基板上からテープを剥離することができる。
(Tape removal process)
Next, as shown in FIG. 5-2(j), the
（ノズル層形成工程）
続いて、図５－２（ｋ）に示すように、吐出口へ液体を供給する流路を形成するための型材１８をフォトリソ技術により、基板の第一の面６ａ上に形成する。本発明では、特定のＰＶＡ水溶液を用いてＰＶＡ層１２を形成できるため、たとえ型材の形成に有機溶剤を用いたとしても、ＰＶＡ層の耐溶剤性により、液体供給口５内に型材形成用材料が垂れ込むことなく型材１８を容易に形成することができる。型材形成用材料は、特に限定されず、液体吐出ヘッドの分野で公知の材料（例えば、感光性樹脂材料）を用いることができる。
(Nozzle layer forming step)
Subsequently, as shown in FIG. 5-2(k), a
次に、図５－２（ｌ）に示すように、型材１８上に、ノズル層形成用材料１９を任意の厚みで塗布する。ノズル層形成用材料は、特に限定されず、液体吐出ヘッドの分野で公知の材料（例えば、感光性樹脂材料）を用いることができる。
そして、図５－２（ｍ）に示すように、露光現像等を行い、吐出口３を形成する。図５－２では、第一の方向に略等ピッチで配置された吐出口列が、１つの液体供給口に対して２列配置されている。
次に、図５－２（ｎ）に示すように、不要となったＰＶＡ層１２を、所定の時間、水に浸漬させて除去し（ＰＶＡ層除去工程）、基板を乾燥させる。次に、図５－２（ｏ）に示すように、用いた型材１８に応じた除去液に所定の時間浸漬し、不要となった型材１８を除去する。そして、得られた基板に適宜支持部材を接合することにより（支持部材貼付工程）、液体供給口５、流路８及び吐出口３が連通する液体吐出ヘッドを得ることができる。
Next, as shown in FIG. 5-2(l), a nozzle
Then, as shown in FIG. 5-2(m), exposure and development, etc. are performed to form
Next, as shown in FIG. 5-2(n), the
このように、本発明の製造方法では、貫通した液体供給口に特定のＰＶＡ水溶液を充填することができ、特定のＰＶＡ層を液体供給口内に形成することにより、基板の剛性力や強度を犠牲にせずに、液体供給口が形成された基板上にノズル層を形成できる。その結果、製造コストを下げた安価な液体吐出ヘッドを、顧客に提供することができる。 Thus, in the manufacturing method of the present invention, the through liquid supply port can be filled with a specific PVA aqueous solution, and by forming a specific PVA layer in the liquid supply port, the rigidity and strength of the substrate are sacrificed. The nozzle layer can be formed on the substrate on which the liquid supply port is formed, without having to As a result, it is possible to provide customers with an inexpensive liquid ejection head with reduced manufacturing costs.
以下に、実施例を用いて、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法をより詳細に説明する。しかしながら、本発明はこれらの例に限定されるものではない。なお、実施例１～３、並びに、比較例１及び２は、本発明の第一の実施形態に関連する例であり、実施例４～７、並びに、比較例３及び４は、本発明の第二の実施形態に関連する例である。 EXAMPLES The method for manufacturing the liquid ejection head of the present invention will be described below in more detail using examples. However, the invention is not limited to these examples. Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 are examples related to the first embodiment of the present invention, and Examples 4 to 7 and Comparative Examples 3 and 4 are examples of the present invention. It is an example related to the second embodiment.
始めに、本発明の第一の実施形態に関連する各例を説明する。
［実施例１］
まず、図５－１（ａ）に示すように、基板６としてシリコン基板を用意し、当該基板の第一の面６ａ上に、エネルギー発生素子（不図示）としてヒータ素子と、この素子を保護するＳｉＮからなる保護膜（絶縁膜）９を形成した。さらに、基板の第一の面上に、第一の面側の液体供給口寸法を決める、アルミ犠牲層１４を形成した。そして、基板の第二の面６ｂ側に、液体供給口のパターニングマスクとなる熱酸化膜（ＳｉＯ2）１０を成膜した。これらの形成は、フォトリソ技術を用いた多層配線技術を使用した（基板用意工程）。
First, each example related to the first embodiment of the present invention will be described.
[Example 1]
First, as shown in FIG. 5-1(a), a silicon substrate is prepared as the
次に、図５－１（ｂ）に示すように、基板６の第一の面上に、マスク材（商品名：ＨＩＭＡＬ、日立化成製）１５を形成した。そして、図５－１（ｃ）に示すように、マスク材１５と、アルミ犠牲層１４と、基板６とを貫通する貫通孔１６を、ＹＡＧレーザーを用いて形成した。具体的には、１穴の液体供給口を形成するために、２２０Ｐｕｌｓｅのレーザーを照射して貫通孔１６を形成した。この際、基板の第二の面に成膜されている熱酸化膜１０に、第二の面側の液体供給口の位置を決める開口を、レーザーでくり貫くことによって、パターニングした。
Next, as shown in FIG. 5-1(b), a mask material (trade name: HIMAL, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) 15 was formed on the first surface of the
次に、図５－１（ｄ）に示すように、貫通孔１６が形成された基板を、８３℃に調温された濃度２２質量％のＴＭＡＨ水溶液中に、６時間浸漬して、異方性エッチングを施し、基板を貫通する液体供給口５を複数形成した（液体供給口形成工程）。
各液体供給口５は、第一の方向（紙面に対して垂直な方向）に延在して形成されていた。また、各液体供給口５の（平均）容積は、２．２８ｍｍ３であり、第二の方向における液体供給口の第二の面側の開口幅は３６０μｍであった。形成した液体供給口は、図５－１（ｄ）に示すように、第一の面側の開口幅が最小となっており、その第一の面側の開口幅は１２０μｍであった。続いて、図５－１（ｅ）に示すように、不要となったマスク材１５を、専用の除去液（キシレン）に、所定の時間浸漬して除去した。
Next, as shown in FIG. 5-1(d), the substrate in which the through-
Each
次に、図５－１（ｆ）に示すように、基板６の第一の面６ａ上に、基材（ＰＥＴ）１３ｂ及び粘着層（アクリル）１３ａの二層構成からなる剥離可能なテープ１３を貼り付けた（被覆工程）。このテープ１３は、ＰＶＡ水溶液の乾燥工程後に剥離するため、紫外線照射で粘着強度を下げるＵＶ剥離タイプのテープを選択した。
Next, as shown in FIG. 5-1(f), on the
続いて、図５－１（ｇ）及び（ｈ）に示すように、液体供給口５の幅よりも細い、内径φ（直径）７０μｍのディスペンスノズル１７を液体供給口内に刺し込み、液体供給口内にＰＶＡ水溶液を注入した。その際、液体供給口の第一の面側の開口部と、ディスペンスノズルの先端との間の距離を４０μｍに設定し、ＰＶＡ水溶液の注入を行った。実施例１では、各液体供給口の容積２．２８ｍｍ３に対して、０．４７ｍｇのＰＶＡ水溶液を注入し、液体供給口の容積に対して１２％の充填量とした。また、当該ＰＶＡ水溶液としては、以下の方法により調製した、表１に示すＰＶＡ水溶液を使用した。具体的には、ケン化度８０ｍｏｌ％、重合度２５０のＰＶＡ（商品名：ＪＭＲ－１０Ｈ（日本酢ビ・ポバール社製）をＰＶＡ濃度３０質量％として水に混ぜ、９０℃で加熱溶解し、２３℃における粘度が０．５Ｐａ・ｓであるＰＶＡ水溶液を調製した。なお、このＰＶＡ水溶液は、後述する評価結果に示されるように、常温下において析出物が発生することがない。このため、図８（ａ）に示すように、このＰＶＡ水溶液を液体供給口内に連続吐出しても、ＰＶＡ析出によるディスペンスノズル１７の詰まりは生じることなく、注入開始から終了まで安定してＰＶＡ水溶液の吐出が可能であった。
Subsequently, as shown in FIGS. 5-1(g) and (h), a dispensing
次に、図５－２（ｉ）に示すように、液体供給口内に上記ＰＶＡ水溶液を注入した基板を、温度：１２０℃、乾燥時間：３００秒で、ホットプレートを用いて乾燥させ、所望の位置にＰＶＡ層１２を形成した。当該ＰＶＡ層１２は、ウェハ面内で均一に乾燥されており、欠落や乾燥ムラは生じなかった（乾燥工程）。なお、上述した第二の方向における液体供給口の中心付近のＰＶＡ層の厚みは、２５．０μｍであった。このように、実施例１では、液体供給口の所望の位置に安定してＰＶＡ層を形成することができた。
Next, as shown in FIG. 5-2(i), the substrate with the PVA aqueous solution injected into the liquid supply port is dried using a hot plate at a temperature of 120° C. and a drying time of 300 seconds to achieve a desired level. A
次に、図５－２（ｊ）に示すように、窒素雰囲気中で、テープ上から２００ｍＪの紫外線を照射した後、テープを基板の第一の面６ａ上から剥離をした（テープ除去工程）。
Next, as shown in FIG. 5-2(j), the tape was irradiated with ultraviolet rays of 200 mJ in a nitrogen atmosphere, and then the tape was peeled off from the
続いて、図５－２（ｋ）に示すように、基板の第一の面６ａ上に、流路形成用の型材１８を、感光性材料（商品名：ＯＤＵＲ１０１０Ａ、東京応化製）を用いて、フォトリソ技術により形成した。液体供給口５の第一の面側の開口部を塞ぐように形成されたＰＶＡ層１２により、液体供給口内に型材１８が垂れ込むことはなかった。また、型材１８の形成時に現像液として有機溶剤（商品名：ＭＰ５０５０、林純薬工業株式会社製）を用いたが、ＰＶＡ層１２は、後述する評価結果に示されるように耐溶剤性を有し、ＰＶＡ層がこの有機溶剤に溶解することはなかった。
Subsequently, as shown in FIG. 5-2(k), a
次に、図５－２（ｌ）に示すように、型材１８上にノズル層形成用材料（商品名：ＣＲ２．０、株式会社アデカ製）１９を任意の厚みで塗布した。続いて、図５－２（ｍ）に示すように、フォトリソ技術により露光現像を行い、吐出口３を形成した。そして、図５－２（ｎ）に示すように、不要となったＰＶＡ層１２を、所定の時間（６０分）、水に浸漬させて、除去し、得られた基板を乾燥した（ＰＶＡ層除去工程）。
Next, as shown in FIG. 5-2(l), a nozzle layer forming material (trade name: CR2.0, manufactured by Adeka Co., Ltd.) 19 was applied onto the
続いて、図５－２（ｏ）に示すように、得られた基板を専用の除去液（商品名：ラックリーン）に所定の時間浸漬し、不要となった型材１８を除去した（ノズル層形成工程）。なお、作製したＰＶＡ層は、上記ＰＶＡ層除去工程により除去されるまで、図６（ａ）に示すように、ノズル層形成時に使用した材料に含まれる有機溶剤に溶解することはなかった。続いて、得られた基板に、支持部材を貼り合わせ、液体吐出ヘッドを得た。得られた液体吐出ヘッドは、液体供給口壁の幅を狭くすることなく、チップシュリンクが達成できるものであった。 Subsequently, as shown in FIG. 5-2(o), the obtained substrate was immersed in a special removing liquid (trade name: LacLean) for a predetermined period of time to remove the unnecessary mold material 18 (nozzle layer forming process). As shown in FIG. 6A, the fabricated PVA layer was not dissolved in the organic solvent contained in the material used to form the nozzle layer until it was removed by the PVA layer removing step. Subsequently, a support member was attached to the obtained substrate to obtain a liquid ejection head. The obtained liquid discharge head could achieve chip shrinkage without narrowing the width of the wall of the liquid supply port.
ここで、実施例１の製造工程中に得られる基板を用いて、ＰＶＡ層の耐溶剤性、乾燥ムラに起因する機械的強度、ＰＶＡ水溶液の常温（２３℃）下における析出及び充填性の４つの項目に関して、以下の方法により評価を行った。評価結果を表１に示す。また、下記表１には、ＰＶＡ水溶液の性質を決定する上で重要となる上述した４つのパラメータを示した。 Here, using the substrate obtained during the manufacturing process of Example 1, the solvent resistance of the PVA layer, the mechanical strength caused by uneven drying, and the deposition and filling properties of the PVA aqueous solution at room temperature (23 ° C.). Two items were evaluated by the following method. Table 1 shows the evaluation results. Table 1 below shows the above-mentioned four parameters that are important in determining the properties of the PVA aqueous solution.
・耐溶剤性
上記乾燥工程より得られる、ＰＶＡ層が液体供給口内に形成された基板を、溶剤（商品名：ＭＰ５０５０、林純薬工業株式会社製）中へ１５分浸漬させた。その後、目視により、ＰＶＡ層が溶剤に溶解しているかを確認し、以下の評価基準に基づき、ＰＶＡ層の耐溶剤性の評価を行った。
評価基準
○：浸漬前後でＰＶＡ層に変化は見られず、溶剤中へのＰＶＡ層の溶解が確認されなかった。
△：浸漬後にＰＶＡ層の表面がふやけていたが、溶剤中へのＰＶＡ層の溶解は確認されなかった。
×：浸漬前後でＰＶＡ層の厚みが変化しており、溶剤中へのＰＶＡ層の溶解が確認された。
• Solvent resistance The substrate having the PVA layer formed in the liquid supply port obtained by the above drying process was immersed in a solvent (trade name: MP5050, manufactured by Hayashi Pure Chemical Industries Co., Ltd.) for 15 minutes. Thereafter, it was visually confirmed whether the PVA layer was dissolved in the solvent, and the solvent resistance of the PVA layer was evaluated based on the following evaluation criteria.
Evaluation criteria ◯: No change was observed in the PVA layer before and after immersion, and no dissolution of the PVA layer in the solvent was confirmed.
Δ: The surface of the PVA layer was swollen after immersion, but no dissolution of the PVA layer in the solvent was confirmed.
x: The thickness of the PVA layer changed before and after immersion, and dissolution of the PVA layer in the solvent was confirmed.
・乾燥ムラに起因する機械的強度
上記テープ除去工程において、ＰＶＡ層上に貼り付けたテープを剥離した際に、テープ剥離後のＰＶＡ層を観察し、以下の評価基準に基づき、ＰＶＡ層の乾燥ムラに起因する機械的強度の評価を行った。
評価基準
○：テープを剥離した際に、ＰＶＡ層は破けなかった。
△：テープを剥離した際に、ＰＶＡ層は破けなかったものの、ＰＶＡ層の形状に変化（伸び）が見られた。
×：テープを剥離した際に、ＰＶＡ層が破けてしまった。
・Mechanical strength due to uneven drying In the tape removal process, when the tape attached on the PVA layer is peeled off, the PVA layer after tape peeling is observed, and the PVA layer is dried based on the following evaluation criteria. The mechanical strength due to the unevenness was evaluated.
Evaluation criteria ◯: The PVA layer was not torn when the tape was peeled off.
Δ: When the tape was peeled off, the PVA layer was not broken, but a change (elongation) was observed in the shape of the PVA layer.
x: The PVA layer was torn when the tape was peeled off.
・常温下における析出（ノズル詰まり）
ＰＶＡ層の形成に用いたＰＶＡ水溶液を、常温（２３℃）で、３週間、ガラス容器中に保存した。その後、目視にて、ＰＶＡ水溶液中に析出物があるか否かを確認し、以下の評価基準に基づき、ＰＶＡ水溶液の常温下における析出の評価を行った。
評価基準
○：長期保存後、ＰＶＡ水溶液中に析出物が確認されなかった。
×：長期保存後、ＰＶＡ水溶液中に析出物が確認された。
・Precipitation at room temperature (nozzle clogging)
The PVA aqueous solution used for forming the PVA layer was stored in a glass container at normal temperature (23° C.) for 3 weeks. After that, it was visually confirmed whether or not there was a precipitate in the PVA aqueous solution, and precipitation of the PVA aqueous solution at room temperature was evaluated based on the following evaluation criteria.
Evaluation criteria ◯: No precipitate was observed in the PVA aqueous solution after long-term storage.
x: Precipitates were observed in the PVA aqueous solution after long-term storage.
・充填性
上記テープ除去工程後に、ＰＶＡ層が液体供給口内に形成された基板を、金属顕微鏡で観察し、以下の評価基準に基づき、ＰＶＡ層の充填性の評価を行った。
評価基準
○：ＰＶＡ層の破け等が見られず、液体供給口内にＰＶＡ層が隙間なく充填されていた。
△：ＰＶＡ層の破けは見られなかったが、ＰＶＡ層中に泡（気泡）が混入していた。
×：ＰＶＡ層中に、隙間や穴、破けが見られた。
·Fillability After the tape removing step, the substrate with the PVA layer formed inside the liquid supply port was observed with a metallurgical microscope, and the fillability of the PVA layer was evaluated based on the following evaluation criteria.
Evaluation Criteria ◯: No breakage or the like of the PVA layer was observed, and the liquid supply port was filled with the PVA layer without gaps.
Δ: No breakage of the PVA layer was observed, but bubbles (bubbles) were mixed in the PVA layer.
x: Gaps, holes, and breaks were observed in the PVA layer.
［実施例２及び３、比較例１及び２］
液体供給口内に注入するＰＶＡ水溶液を、下記表１に示すＰＶＡ水溶液にそれぞれ変更した以外は、実施例１と同様にして、液体吐出ヘッドを作製し、実施例１と同様の方法で評価を行った。なお、これらの例では、乾燥工程後の第二の方向における液体供給口の中心付近のＰＶＡ層の厚みが、実施例１と同様、２５．０μｍとなるように、適宜充填量を変更した。具体的には、液体供給口の容積に対する充填量は、実施例２が１２％、実施例３が１７％、比較例１が１２％、比較例２が９％であった。各例に対する評価結果を表１に示す。
なお、各例で用いたＰＶＡ水溶液には、以下のＰＶＡを使用した。
実施例２：ＰＶＡ（商品名：ＪＭＲ－１０Ｍ、日本酢ビ・ポバール社製、ケン化度：５０ｍｏｌ％、重合度：２５０）。
実施例３：ＰＶＡ（商品名：ＪＰ－０３、日本酢ビ・ポバール社製、ケン化度：８８ｍｏｌ％、重合度：３４０）。
比較例１：ＰＶＡ（商品名：ＪＭＲ－２０Ｈ、日本酢ビ・ポバール社製、ケン化度：８０ｍｏｌ％、重合度：６００）。
なお、比較例２では、実施例１と同様のＰＶＡを用いて、ＰＶＡ水溶液中のＰＶＡ濃度を４０質量％に変更したものを使用した。
[Examples 2 and 3, Comparative Examples 1 and 2]
A liquid ejection head was produced in the same manner as in Example 1 except that the PVA aqueous solution injected into the liquid supply port was changed to the PVA aqueous solution shown in Table 1 below, and evaluation was performed in the same manner as in Example 1. rice field. In these examples, the filling amount was appropriately changed so that the thickness of the PVA layer near the center of the liquid supply port in the second direction after the drying step was 25.0 μm, as in Example 1. Specifically, the filling amount with respect to the volume of the liquid supply port was 12% in Example 2, 17% in Example 3, 12% in Comparative Example 1, and 9% in Comparative Example 2. Table 1 shows the evaluation results for each example.
In addition, the following PVA was used for the PVA aqueous solution used in each example.
Example 2: PVA (trade name: JMR-10M, manufactured by Japan Vinyl Acetate and Poval, degree of saponification: 50 mol%, degree of polymerization: 250).
Example 3: PVA (trade name: JP-03, manufactured by Japan Vinyl Acetate and Poval Co., Ltd., degree of saponification: 88 mol%, degree of polymerization: 340).
Comparative Example 1: PVA (trade name: JMR-20H, manufactured by Japan Vinyl Acetate & Poval Co., Ltd., degree of saponification: 80 mol%, degree of polymerization: 600).
In Comparative Example 2, the same PVA as in Example 1 was used, but the PVA concentration in the PVA aqueous solution was changed to 40% by mass.
表１に示すように、実施例１及び実施例３では、上記４つのパラメータがいずれも上述した好ましい数値範囲内となっているＰＶＡ水溶液を用いた。このため、ＰＶＡ水溶液の耐溶剤性や水による除去特性等を容易に維持しつつ、ノズル詰まり等の不具合を起こすことなく、容易にＰＶＡ水溶液を液体供給口内に注入することができた。その結果、欠落や乾燥ムラなどが存在せず、容易に所望の厚みのＰＶＡ層を液体供給口内により安定して形成することができた。
また、実施例２では、これらの実施例と比較すると、耐溶剤性に劣るものの、得られた液体吐出ヘッドは、液体供給口壁の幅を狭くすることなく、チップシュリンクが達成できるものであった。
一方、比較例１及び比較例２では、液体供給口内に形成したＰＶＡ層内への気泡の混入や乾燥ムラ等が生じ、テープ剥離時にＰＶＡ層が伸びたり、ディスペンスノズルに詰まりが生じたりすることがあった。
As shown in Table 1, in Examples 1 and 3, PVA aqueous solutions were used in which the above four parameters were all within the preferred numerical ranges described above. Therefore, the PVA aqueous solution could be easily injected into the liquid supply port without causing troubles such as nozzle clogging while easily maintaining the solvent resistance and water removal characteristics of the PVA aqueous solution. As a result, a PVA layer having a desired thickness could be easily and stably formed in the liquid supply port without any defects or uneven drying.
Further, in Example 2, although the solvent resistance is inferior to those of these Examples, the obtained liquid ejection head can achieve chip shrinkage without narrowing the width of the wall of the liquid supply port. rice field.
On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, air bubbles were mixed into the PVA layer formed in the liquid supply port, drying unevenness, etc. occurred, the PVA layer stretched when the tape was peeled off, and the dispensing nozzle was clogged. was there.
次に、本発明の第二の実施形態に関連する各例を説明する。
［実施例４］
まず、図５－１（ａ）に示すように、基板６としてシリコン基板を用意し、当該基板の第一の面６ａ上に、エネルギー発生素子（不図示）としてヒータ素子と、この素子を保護するＳｉＮからなる保護膜（絶縁膜）９を形成した。さらに、基板の第一の面上に、第一の面側の液体供給口寸法を決める、アルミ犠牲層１４を形成した。そして、基板の第二の面６ｂ側に、液体供給口のパターニングマスクとなる熱酸化膜（ＳｉＯ2）１０を成膜した。これらの形成は、フォトリソ技術を用いた多層配線技術を使用した（基板用意工程）。
Next, each example related to the second embodiment of the present invention will be described.
[Example 4]
First, as shown in FIG. 5-1(a), a silicon substrate is prepared as the
次に、図５－１（ｂ）に示すように、基板６の第一の面上に、マスク材（商品名：ＨＩＭＡＬ、日立化成製）１５を形成した。そして、図５－１（ｃ）に示すように、マスク材１５と、アルミ犠牲層１４と、基板６とを貫通する貫通孔１６を、ＹＡＧレーザーを用いて形成した。具体的には、１穴の液体供給口を形成するために、２２０Ｐｕｌｓｅのレーザーを照射して貫通孔１６を形成した。この際、基板の第二の面に成膜されている熱酸化膜１０に、第二の面側の液体供給口の位置を決める開口を、レーザーでくり貫くことによって、パターニングした。
Next, as shown in FIG. 5-1(b), a mask material (trade name: HIMAL, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) 15 was formed on the first surface of the
次に、図５－１（ｄ）に示すように、貫通孔１６が形成された基板を、８３℃に調温された濃度２２質量％のＴＭＡＨ水溶液中に、６時間浸漬して、異方性エッチングを施し、基板を貫通する液体供給口５を複数形成した（液体供給口形成工程）。
各液体供給口５は、第一の方向（紙面に対して垂直な方向）に延在して形成されていた。また、各液体供給口５の（平均）容積は、２．２８ｍｍ３であり、第二の方向における液体供給口の第二の面側の開口幅は３６０μｍであった。形成した液体供給口は、図５－１（ｄ）に示すように、第一の面側の開口幅が最小となっており、その第一の面側の開口幅は１２０μｍであった。続いて、図５－１（ｅ）に示すように、不要となったマスク材１５を、専用の除去液（キシレン）に、所定の時間浸漬して除去した。
Next, as shown in FIG. 5-1(d), the substrate in which the through-
Each
次に、図５－１（ｆ）に示すように、基板６の第一の面６ａ上に、基材（ＰＥＴ）１３ｂ及び粘着層（アクリル）１３ａの二層構成からなる剥離可能なテープ１３を貼り付けた（被覆工程）。このテープ１３は、ＰＶＡ水溶液の乾燥工程後に剥離するため、紫外線照射で粘着強度を下げるＵＶ剥離タイプのテープを選択した。
Next, as shown in FIG. 5-1(f), on the
続いて、図５－１（ｇ）及び（ｈ）に示すように、液体供給口５の幅よりも細い、内径φ（直径）７０μｍのディスペンスノズル１７を液体供給口内に刺し込み、液体供給口内にＰＶＡ水溶液を注入した。その際、液体供給口の第一の面側の開口部と、ディスペンスノズルの先端との間の距離を４０μｍに設定し、ＰＶＡ水溶液の注入を行った。当該ＰＶＡ水溶液として、上述した実施例１で用いたＰＶＡ水溶液と同様のＰＶＡ水溶液を用いた。実施例４では、各液体供給口の容積２．２８ｍｍ３に対して、０．４７ｍｇのＰＶＡ水溶液を注入し、液体供給口の容積に対して１２％の充填量とした。
Subsequently, as shown in FIGS. 5-1(g) and (h), a dispensing
次に、図５－２（ｉ）に示すように、液体供給口内にＰＶＡ水溶液を注入した基板を、温度：１２０℃、乾燥時間：３００秒で、ホットプレートを用いて乾燥させ、所望の位置にＰＶＡ層１２を形成した。当該ＰＶＡ層１２は、ウェハ面内で均一に乾燥されており、乾燥ムラは生じなかった（乾燥工程）。なお、上述した第二の方向における液体供給口の中心付近のＰＶＡ層の厚みは、２５．０μｍであった。このように、実施例４では、液体供給口の所望の位置に安定してＰＶＡ層を形成することができた。
Next, as shown in FIG. 5-2(i), the substrate with the PVA aqueous solution injected into the liquid supply port is dried using a hot plate at a temperature of 120° C. and a drying time of 300 seconds. A
次に、図５－２（ｊ）に示すように、窒素雰囲気中で、テープ上から２００ｍＪの紫外線を照射した後、テープを基板の第一の面６ａ上から剥離をした（テープ除去工程）。この際、ＰＶＡ層の乾燥ムラに起因する機械的強度を上述した評価方法を用いて、評価した。評価結果を表２に示す。
Next, as shown in FIG. 5-2(j), the tape was irradiated with ultraviolet rays of 200 mJ in a nitrogen atmosphere, and then the tape was peeled off from the
続いて、図５－２（ｋ）に示すように、基板の第一の面６ａ上に、流路形成用の型材１８を、感光性材料（商品名：ＯＤＵＲ１０１０Ａ、東京応化製）を用いて、フォトリソ技術により形成した。液体供給口５の第一の面側の開口部を塞ぐように形成されたＰＶＡ層１２により、液体供給口内に型材１８が垂れ込むことはなかった。また、型材１８の形成時に現像液として有機溶剤（商品名：ＭＰ５０５０、林純薬工業株式会社製）を用いたが、上述したように、ＰＶＡ層１２は耐溶剤性を有するため、ＰＶＡ層が溶解することはなかった。
Subsequently, as shown in FIG. 5-2(k), a
次に、図５－２（ｌ）に示すように、型材１８上にノズル層形成用材料（商品名：ＣＲ２．０、株式会社アデカ製）１９を任意の厚みで塗布した。続いて、図５－２（ｍ）に示すように、フォトリソ技術により露光現像を行い、吐出口３を形成した。そして、図５－２（ｎ）に示すように、不要となったＰＶＡ層１２を、所定の時間（６０分）、水に浸漬させて、除去し、得られた基板を乾燥した（ＰＶＡ層除去工程）。
Next, as shown in FIG. 5-2(l), a nozzle layer forming material (trade name: CR2.0, manufactured by Adeka Co., Ltd.) 19 was applied onto the
続いて、図５－２（ｏ）に示すように、得られた基板を専用の除去液（商品名：ラックリーン）に所定の時間浸漬し、不要となった型材１８を除去した（ノズル層形成工程）。続いて、得られた基板に、支持部材を貼り合わせ、液体吐出ヘッドを得た。得られた液体吐出ヘッドは、液体供給口壁の幅を狭くすることなく、チップシュリンクが達成できるものであった。 Subsequently, as shown in FIG. 5-2(o), the obtained substrate was immersed in a special removing liquid (trade name: LacLean) for a predetermined period of time to remove the unnecessary mold material 18 (nozzle layer forming process). Subsequently, a support member was attached to the obtained substrate to obtain a liquid ejection head. The obtained liquid discharge head could achieve chip shrinkage without narrowing the width of the wall of the liquid supply port.
［実施例５～７］
以下の点を変更した以外は実施例４と同様にして液体吐出ヘッドを作製し、評価を行った。即ち、実施例５～７において、各液体供給口（１孔）の容積２．２８ｍｍ３に対するＰＶＡ水溶液の注入量をそれぞれ０．８０ｍｇ、１．０７ｍｇ及び０．７０ｍｇへと変更し、厚さ４５．０μｍ、６０．０μｍ及び３０．０μｍのＰＶＡ層を形成した。なお、実施例５～７における各液体供給口の容積に対するＰＶＡ水溶液の充填量はそれぞれ２１％、２９％及び１５％であった。乾燥後、得られたＰＶＡ層はいずれの実施例においても、欠落や乾燥ムラ等が生じておらず、これらの実施例において所望の位置に安定してＰＶＡ層を形成することができた。従って、得られた液体吐出ヘッドは、液体供給口壁の幅を狭くすることなく、チップシュリンクが達成できるものであった。
[Examples 5-7]
A liquid ejection head was produced and evaluated in the same manner as in Example 4, except that the following points were changed. That is, in Examples 5 to 7, the injection amount of the PVA aqueous solution for each liquid supply port (one hole) volume 2.28 mm 3 was changed to 0.80 mg, 1.07 mg and 0.70 mg, respectively, and the thickness was 45 0 μm, 60.0 μm and 30.0 μm PVA layers were formed. In Examples 5 to 7, the filling amounts of the PVA aqueous solution with respect to the volume of each liquid supply port were 21%, 29% and 15%, respectively. After drying, the obtained PVA layer was free from defects, drying unevenness, etc. in any of the examples, and the PVA layer could be stably formed at the desired position in these examples. Therefore, the obtained liquid discharge head was able to achieve chip shrinkage without narrowing the width of the liquid supply port wall.
［比較例３～４］
以下の点を変更した以外は実施例４と同様にして液体吐出ヘッドを作製し、評価を行った。即ち、比較例３及び４において、各液体供給口の容積２．２８ｍｍ3に対するＰＶＡ水溶液の注入量をそれぞれ１．８１ｍｇ及び２．４３ｍｇに変更し、厚さ１００．０μｍ及び１３０．０μｍのＰＶＡ層を形成した。なお、比較例３及び４における、液体供給口の容積に対するＰＶＡ水溶液の充填量はそれぞれ、４９％及び６０％であった。これらの比較例では、ＰＶＡ層の乾燥時に水分が抜ける方向となる液体供給口の第二の面側の開口側に偏って乾燥ムラが生じた。このため、形成したＰＶＡ層は、液体供給口の中心付近の膜厚が薄くなったり、穴が開いたりした。
[Comparative Examples 3-4]
A liquid ejection head was produced and evaluated in the same manner as in Example 4, except that the following points were changed. That is, in Comparative Examples 3 and 4, the injection amount of the PVA aqueous solution with respect to the volume of each liquid supply port of 2.28 mm 3 was changed to 1.81 mg and 2.43 mg, respectively, and the PVA layers with thicknesses of 100.0 μm and 130.0 μm were formed. formed. In Comparative Examples 3 and 4, the filling amounts of the PVA aqueous solution with respect to the volume of the liquid supply port were 49% and 60%, respectively. In these comparative examples, unevenness in drying occurred in the opening side of the second surface side of the liquid supply port, which is the direction in which water is removed during drying of the PVA layer. Therefore, the formed PVA layer had a thin film thickness near the center of the liquid supply port and had holes.
各例における結果を下記表２に示す。なお、上記実施例４～７及び比較例３及び４では、ＰＶＡ水溶液を液体供給口内に連続吐出しても、ＰＶＡ析出によるディスペンスノズルの詰まりは生じず、注入開始から終了まで安定してＰＶＡ水溶液の吐出が可能であった。 The results in each example are shown in Table 2 below. In Examples 4 to 7 and Comparative Examples 3 and 4, even if the PVA aqueous solution was continuously discharged into the liquid supply port, clogging of the dispensing nozzle due to PVA precipitation did not occur, and the PVA aqueous solution was stably discharged from the start to the end of injection. was possible.
１ ノズル層
２ 素子基板
３ 吐出口
４ エネルギー発生素子
５ 液体供給口
６ 基板
６ａ 第一の面
６ｂ 第二の面
７ 液体吐出ヘッド
１１ 充填剤（ＰＶＡ水溶液）
１２ 充填剤層（ＰＶＡ層）
１３ テープ
１７ ディスペンスノズル
12 filler layer (PVA layer)
13
Claims (8)
該吐出口から液体を吐出するためのエネルギー発生素子と、該吐出口に液体を供給する液体供給口とを有する素子基板と、
を有する液体吐出ヘッドを製造する方法であって、
第一の面にエネルギー発生素子が配された基板に、該基板の第一の面および該第一の面に対向する第二の面を貫通する前記液体供給口を形成する工程と、
前記液体供給口の前記第一の面側の開口部をテープで覆う工程と、
前記第二の面側からディスペンスノズルを前記液体供給口内に挿し込み、ＰＶＡ水溶液を該ディスペンスノズルから該液体供給口内に注入して、少なくとも該液体供給口の第一の面側の開口部を覆うＰＶＡ層を形成するＰＶＡ層形成工程と、
前記テープを除去する工程と、
前記ＰＶＡ層が形成された基板の前記第一の面上に、前記ノズル層を形成する工程と、
前記ＰＶＡ層を除去する工程と、
を有し、
以下の条件（１）を満たす、ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法：
（１）前記ＰＶＡ水溶液のＰＶＡ濃度が、１８質量％以上、３０質量％以下であり、該ＰＶＡ水溶液に用いたＰＶＡの重合度が、２００以上、４００以下である。 a nozzle layer having ejection openings for ejecting liquid;
an element substrate having an energy generating element for ejecting liquid from the ejection port, and a liquid supply port for supplying liquid to the ejection port;
A method for manufacturing a liquid ejection head comprising:
a step of forming the liquid supply port penetrating the first surface of the substrate and the second surface opposite to the first surface in the substrate having the energy generating element arranged on the first surface;
covering an opening of the liquid supply port on the first surface side with a tape;
A dispense nozzle is inserted into the liquid supply port from the second surface side, and the PVA aqueous solution is injected into the liquid supply port from the dispense nozzle to cover at least the opening of the liquid supply port on the first surface side. A PVA layer forming step of forming a PVA layer;
removing the tape;
forming the nozzle layer on the first surface of the substrate on which the PVA layer is formed;
removing the PVA layer;
has
A method of manufacturing a liquid ejection head characterized by satisfying the following condition (1) :
(1) The PVA concentration of the PVA aqueous solution is 18% by mass or more and 30% by mass or less, and the degree of polymerization of PVA used in the PVA aqueous solution is 200 or more and 400 or less.
（２）前記液体供給口が前記液体吐出ヘッドの吐出口列の方向に延在して形成されており、該吐出口列の方向に垂直でかつ基板面に対して平行な方向における前記ＰＶＡ層の該液体供給口の中央部での厚みが、１５μｍ以上、６０μｍ以下である。 The method for manufacturing a liquid ejection head according to claim 1, further satisfying the following condition (2):
(2) The liquid supply port is formed to extend in the direction of the ejection port array of the liquid ejection head, and the PVA layer extends in a direction perpendicular to the direction of the ejection port array and parallel to the substrate surface. The thickness of the central portion of the liquid supply port is 15 μm or more and 60 μm or less.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019048097A JP7258608B2 (en) | 2019-03-15 | 2019-03-15 | Manufacturing method of liquid ejection head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019048097A JP7258608B2 (en) | 2019-03-15 | 2019-03-15 | Manufacturing method of liquid ejection head |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2020146974A JP2020146974A (en) | 2020-09-17 |
| JP7258608B2 true JP7258608B2 (en) | 2023-04-17 |
Family
ID=72431559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019048097A Active JP7258608B2 (en) | 2019-03-15 | 2019-03-15 | Manufacturing method of liquid ejection head |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7258608B2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002326363A (en) | 2001-05-07 | 2002-11-12 | Canon Inc | Method of manufacturing liquid jet head |
| JP2002326360A (en) | 2001-05-07 | 2002-11-12 | Canon Inc | Method for manufacturing liquid discharged head |
| JP2008284725A (en) | 2007-05-15 | 2008-11-27 | Seiko Epson Corp | Liquid jetting head and liquid jetting apparatus |
| JP2014083824A (en) | 2012-10-26 | 2014-05-12 | Canon Inc | Method for manufacturing liquid discharge head |
| JP2016030383A (en) | 2014-07-29 | 2016-03-07 | セイコーエプソン株式会社 | Liquid jet head |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3095795B2 (en) * | 1991-01-18 | 2000-10-10 | キヤノン株式会社 | Ink jet recording head and method of manufacturing the head |
-
2019
- 2019-03-15 JP JP2019048097A patent/JP7258608B2/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002326363A (en) | 2001-05-07 | 2002-11-12 | Canon Inc | Method of manufacturing liquid jet head |
| JP2002326360A (en) | 2001-05-07 | 2002-11-12 | Canon Inc | Method for manufacturing liquid discharged head |
| JP2008284725A (en) | 2007-05-15 | 2008-11-27 | Seiko Epson Corp | Liquid jetting head and liquid jetting apparatus |
| JP2014083824A (en) | 2012-10-26 | 2014-05-12 | Canon Inc | Method for manufacturing liquid discharge head |
| JP2016030383A (en) | 2014-07-29 | 2016-03-07 | セイコーエプソン株式会社 | Liquid jet head |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| バインダー用ＰＶＡ系樹脂，日本，株式会社クラレ，2011年02月 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2020146974A (en) | 2020-09-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4286784B2 (en) | Thermal inkjet print head with hanging beam heater | |
| JP4455282B2 (en) | Inkjet head manufacturing method, inkjet head, and inkjet cartridge | |
| JP5014377B2 (en) | Thermal ink jet print head with a heater formed of an element with a small atomic number | |
| JP2007237450A (en) | Inkjet recording head and its manufacturing method | |
| JPH0698762B2 (en) | Method for manufacturing heated ink jet print head | |
| JP2006507156A (en) | Thermal ink jet print head forming symmetrical bubbles | |
| JP2006507151A (en) | Thermal inkjet print head with high nozzle area density | |
| JP2010120389A (en) | Ink jet print head with thin nozzle plate | |
| JP2006507153A (en) | Thermal inkjet printhead with low mass heater | |
| JP2010240869A (en) | Method for manufacturing substrate for liquid discharge head | |
| US8858812B2 (en) | Processing method for an ink jet head substrate | |
| JP7258608B2 (en) | Manufacturing method of liquid ejection head | |
| JP2011042167A (en) | Method for processing silicon substrate and method for producing substrate for liquid ejecting head | |
| JP2004209741A (en) | Inkjet recording head | |
| KR20060050202A (en) | Liquid ejection element and manufacturing method therefor | |
| JP7134831B2 (en) | Manufacturing method of liquid ejection head | |
| JP5800534B2 (en) | Manufacturing method of substrate for liquid discharge head | |
| US8256878B2 (en) | Substrate for ink ejection heads, ink ejection head, method of manufacturing substrate, and method of manufacturing ink ejection head | |
| US8544997B2 (en) | Liquid ejection head and manufacturing method thereof | |
| JP2004042399A (en) | Inkjet recording head | |
| JP5111477B2 (en) | Inkjet head | |
| JP5627399B2 (en) | Manufacturing method and substrate processing method of substrate with protective layer | |
| US7371591B2 (en) | Process for manufacturing liquid ejection head | |
| US10365563B2 (en) | Film formation method, dry film manufacturing method and liquid ejection head manufacturing method | |
| JP5489866B2 (en) | Substrate processing method and liquid discharge head manufacturing method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220315 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230120 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230131 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230220 |
|
| 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: 20230307 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230405 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7258608 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |