JPH10202889A - Fabrication of ink jet recording head and recorder - Google Patents
Fabrication of ink jet recording head and recorderInfo
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- JPH10202889A JPH10202889A JP1102697A JP1102697A JPH10202889A JP H10202889 A JPH10202889 A JP H10202889A JP 1102697 A JP1102697 A JP 1102697A JP 1102697 A JP1102697 A JP 1102697A JP H10202889 A JPH10202889 A JP H10202889A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、熱エネルギを利用して
インク液滴を記録媒体に向けて飛翔させる形式の記録装
置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a recording apparatus of the type in which ink droplets fly toward a recording medium using thermal energy.
【０００２】[0002]
【従来の技術】パルス加熱によってインクの一部を急速
に気化させ、その膨張力によってインク液滴をオリフィ
スから吐出させる方式のインクジェット記録装置は特開
昭４８−９６２２号公報、特開昭５４−５１８３７号公
報等によって開示されている。2. Description of the Related Art An ink jet recording apparatus of a type in which a part of ink is rapidly vaporized by pulse heating and ink droplets are ejected from an orifice by its expanding force is disclosed in JP-A-48-9622 and JP-A-54-962. No. 51837 discloses this.
【０００３】このパルス加熱の最も簡便な方法はヒータ
にパルス通電することであり、その具体的な方法が日経
メカニカル１９９２年１２月２８日号５８ページ、及び
Hewlett-Packard-Journal,Aug.1988で発表されている。
これら従来のヒータの共通する基本的構成は、薄膜抵抗
体と薄膜導体を酸化防止層で被覆し、この上に該酸化防
止層のキャビテーション破壊を防ぐ目的で、耐キャビテ
ーション層を１〜２層被覆するというものであった。[0003] The simplest method of this pulse heating is to apply a pulse current to a heater. The specific method is described in Nikkei Mechanical, December 28, 1992, p. 58, and
Published in Hewlett-Packard-Journal, Aug. 1988.
The basic structure common to these conventional heaters is that a thin film resistor and a thin film conductor are coated with an antioxidant layer, and one or two anticavitation layers are coated on the antioxidant layer in order to prevent cavitation damage of the antioxidant layer. It was to do.
【０００４】この複雑な多層構造を抜本的に簡略化する
ものとして、特開平０６−７１８８８号公報に記載のよ
うに、前記酸化防止層と耐キャビテーション層を不要と
するヒータを用いて印字する方法がある。この場合は、
薄膜抵抗体がインクと直接接触しているため、パルス加
熱によるインクの急激な気化とそれによるインクの吐出
特性が大幅に改善され、熱効率の大幅な改善と吐出周波
数の向上を図ることができた。このような画期的な性能
を実現できた最大の理由は、耐パルス性、耐酸化性、耐
電食性に優れたＴａ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体とＮ
ｉ薄膜導体から構成されるヒータを用いたことにあり、
如何なる保護層も必要としないことによる。As a method for drastically simplifying this complicated multilayer structure, a method of printing by using a heater which does not require the antioxidant layer and the anti-cavitation layer as described in JP-A-06-71888 is disclosed. There is. in this case,
Because the thin-film resistor is in direct contact with the ink, the rapid vaporization of the ink by pulse heating and the resulting ink ejection characteristics have been greatly improved, and the thermal efficiency has been greatly improved and the ejection frequency has been improved. . The greatest reason for achieving such epoch-making performance is that a Ta-Si-SiO alloy thin film resistor having excellent pulse resistance, oxidation resistance,
the use of a heater composed of an i-thin film conductor,
By not requiring any protective layer.
【０００５】このように、従来技術に比較して、大幅に
小さな投入エネルギでインク噴射が可能となったので、
このヒータを駆動用ＬＳＩチップ上のデバイス領域に近
接して形成しても、もはやＬＳＩデバイスを加熱して温
度上昇をもたらすこともなく、非常に簡単な構成のモノ
リシックＬＳＩヘッドを実現することができるようにな
った。これについては、本出願人が先に出願した特開平
０６−２９７７１４号公報及び特開平０８−２０７２９
１号公報に記載の通りである。この新しい技術によっ
て、多くのインク噴射ノズルを持つオンデマンド型イン
クジェットプリントヘッドが高密度に、しかも２次元的
に集積化して製造することができるようになり、しかも
その駆動を制御する配線本数が大幅に削減できるので実
装方法も非常に簡略化することができた。[0005] As described above, since ink can be ejected with a significantly smaller input energy compared to the prior art,
Even if this heater is formed close to the device area on the driving LSI chip, it is possible to realize a monolithic LSI head having a very simple configuration without heating the LSI device and causing a rise in temperature. It became so. Regarding this, Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-297714 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-20729 previously filed by the present applicant.
It is as described in Japanese Patent Publication No. This new technology enables on-demand inkjet printheads with many ink jet nozzles to be manufactured in a high-density, two-dimensionally integrated fashion, and the number of wires that control their drive is greatly increased. The mounting method was greatly simplified.
【０００６】更に保護層の不要な薄膜ヒータの優れた発
泡消滅特性（特願平０５−２７２４５１号）を利用すれ
ば、このヒータの発熱面と垂直又はほぼ垂直方向にイン
ク滴を吐出させる方式のサーマルインクジェットプリン
トヘッドにおいては、新しい駆動方法によってクロスト
ークを大幅に低減できることが明らかとなった（特願平
０６−４９２０２号参照）。このことは、個別インク通
路の長さを短くしてインクの流路抵抗を小さくできるこ
とを示しており、吐出インクの補充時間の短縮、すなわ
ち印字速度の大幅な向上も達成できた。Further, by utilizing the excellent bubbling annihilation characteristic of a thin film heater which does not require a protective layer (Japanese Patent Application No. 05-272451), a method of ejecting ink droplets in a direction perpendicular to or substantially perpendicular to the heat generating surface of the heater. In a thermal ink jet print head, it has been found that crosstalk can be significantly reduced by a new driving method (see Japanese Patent Application No. 06-49202). This indicates that the length of the individual ink passages can be reduced to reduce the flow resistance of the ink, and the replenishment time of the ejected ink can be reduced, that is, the printing speed can be significantly improved.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、更なる
プリントヘッドの小形化と、印字速度を向上するために
は従来の技術では限界があった。すなわち、従来のイン
ク溝及び連結穴の加工はシリコンの異方性エッチング加
工やレーザ加工で行われていたが、各々下記の問題点が
あった。However, there has been a limit in the prior art in order to further reduce the size of the print head and improve the printing speed. That is, the conventional processing of the ink groove and the connection hole is performed by anisotropic etching of silicon or laser processing, but has the following problems.
【０００８】シリコン異方性エッチング加工の問題点
は、第１面上にインク溝をエッチング加工する際に、エ
ッチング液が同一面上にある薄膜抵抗体や薄膜電極材料
を侵すことからごく短時間の加工しか許されないことで
ある。つまり、インク溝の加工深さには限度があるの
で、そのためインクの吐出に必要とされる小さな流路抵
抗のインク溝とするためには深さが浅いぶん、幅を広く
しなければならず、ヘッドの小型化に制約を与えるてし
まう。その他、シリコン異方性エッチング加工には約８
０℃に加熱されたＫＯＨ、ヒドラジン等の強アルカリ水
溶液を用いるため、作業に危険が伴うことや、エッチン
グ速度が８０μｍ／分と遅く５００μｍ厚さのシリコン
ウエハ加工する場合は約６時間もの長い加工時間が必要
といった問題点もある。The problem of the silicon anisotropic etching process is that when etching the ink groove on the first surface, the etchant invades the thin-film resistor and the thin-film electrode material on the same surface for a very short time. Is only allowed to be processed. In other words, there is a limit to the processing depth of the ink groove. Therefore, in order to form an ink groove having a small flow path resistance required for ink ejection, the depth must be small and the width must be wide. This limits the miniaturization of the head. About 8 for silicon anisotropic etching
Since a strong alkaline aqueous solution such as KOH or hydrazine heated to 0 ° C. is used, there is a danger in the operation, and when the etching rate is as slow as 80 μm / min and a silicon wafer with a thickness of 500 μm is processed, processing as long as about six hours There is also a problem that time is required.
【０００９】一方レーザ加工の問題点は、シリコン基板
にレーザ照射すると急激な熱応力で加工面のエッジ部は
大きな欠けやひび割れといった欠陥が発生するため、薄
膜抵抗体と薄膜導体やインク通路を構成する隔壁層はそ
れら欠陥に重ならないようインク溝から十分な距離を置
く必要があり、やはりヘッドの小型化を妨げる加工方法
であることが挙げられる。また、人体に有害なレーザ光
線を用いることで危険が伴う作業であることも問題であ
った。On the other hand, the problem of laser processing is that when laser irradiation is performed on a silicon substrate, a sharp thermal stress causes defects such as large chipping and cracks at the edge of the processing surface. Therefore, a thin film resistor, a thin film conductor, and an ink passage are formed. The partition layer to be formed needs to have a sufficient distance from the ink groove so as not to overlap with these defects, and it is also a processing method that hinders downsizing of the head. Another problem is that the use of a laser beam harmful to the human body is dangerous.
【００１０】本発明は、大規模高集積密度のモノリシッ
クＬＳＩヘッドの構造を更に小形化し、製造方法につい
て更に合理化することを課題とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to further reduce the size of a large-scale, high-integration-density monolithic LSI head and to further streamline the manufacturing method.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記課題は、シリコン基
板の第１面上に形成された薄膜抵抗体と薄膜導体からな
る複数個のヒータと、該ヒータを駆動するべく同一シリ
コン基板上に形成され、前記ヒータに接続された駆動用
ＬＳＩと、前記複数個のヒータに順次パルス通電するこ
とによって該ヒータの発熱面と垂直又はほぼ垂直方向に
インク滴を吐出する複数個の吐出口と、該複数個の吐出
口のそれぞれに対応して該シリコン基板上に設けられた
複数個の個別インク通路と、該個別インク通路の全てが
連通するべく前記シリコン基板上に設けられた共通イン
ク通路と、該共通インク通路の全長にわたって導通され
るよう前記シリコン基板に設けられた１本のインク溝
と、該インク溝が前記シリコン基板の第１面の裏面であ
る第２面と連通するべく該シリコン基板の第２面に穿た
れた少なくとも１個の連結穴とからなるインク噴射デバ
イスの複数個が並置されているインク噴射記録ヘッドに
おいて、（１）シリコン基板の第１面に駆動用ＬＳＩを
形成する工程と、（２）該シリコン基板の第１面に薄膜
抵抗体及び薄膜導体を形成する工程と、（３）該シリコ
ン基板の第１面に前記インク通路を構成する隔壁層を形
成する工程と、（４）該シリコン基板の両面にサンドブ
ラスト加工によって前記インク溝及び連結穴を形成する
工程と、（５）該シリコン基板の第１面にオリフィスプ
レートを接着する工程と、（６）該オリフィスプレート
にフォトエッチングによって前記吐出口を形成する工程
と、（７）該シリコン基板を切断してヘッドチップに分
割する工程を含む製造方法によって達成される。SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a plurality of heaters comprising a thin film resistor and a thin film conductor formed on a first surface of a silicon substrate, and a plurality of heaters formed on the same silicon substrate to drive the heaters. A driving LSI connected to the heater, a plurality of ejection openings for ejecting ink droplets in a direction perpendicular or substantially perpendicular to a heating surface of the heater by sequentially applying a pulse to the plurality of heaters, A plurality of individual ink passages provided on the silicon substrate corresponding to each of the plurality of ejection ports, and a common ink passage provided on the silicon substrate so that all of the individual ink passages communicate with each other; One ink groove provided in the silicon substrate so as to be conducted over the entire length of the common ink passage, and the ink groove communicates with a second surface which is a back surface of the first surface of the silicon substrate. In an ink jet recording head in which a plurality of ink jet devices each having at least one connection hole formed in a second surface of the silicon substrate are juxtaposed, (1) a driving surface is provided on the first surface of the silicon substrate. Forming an LSI, (2) forming a thin-film resistor and a thin-film conductor on the first surface of the silicon substrate, and (3) forming a partition layer constituting the ink passage on the first surface of the silicon substrate. Forming; (4) forming the ink grooves and the connection holes by sandblasting on both surfaces of the silicon substrate; (5) bonding an orifice plate to the first surface of the silicon substrate; (6) A) forming the discharge ports in the orifice plate by photo-etching; and (7) cutting the silicon substrate to divide the silicon substrate into head chips. It is.
【００１２】前記薄膜抵抗体が反応性スパッタ法によっ
て形成されるＴａ−Ｓｉ−ＳｉＯ三元合金薄膜抵抗体で
あり、前記薄膜導体が高速スパッタ法によって形成され
るＮｉ薄膜導体であることによって効果的に達成され
る。Advantageously, the thin film resistor is a Ta-Si-SiO ternary alloy thin film resistor formed by a reactive sputtering method, and the thin film conductor is a Ni thin film conductor formed by a high-speed sputtering method. Is achieved.
【００１３】更に前記シリコン基板の第１面からサンド
ブラスト加工によって前記インク溝形成する工程で加工
前の加工面は前記薄膜導体で被覆されていることによっ
て効果的に達成される。Further, in the step of forming the ink grooves by sandblasting from the first surface of the silicon substrate, the processed surface before processing is covered with the thin film conductor, which is effectively achieved.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、図面を用いてノズルの配列
密度が３６０ｄｐｉのヘッドについて具体的な実施例を
説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A specific example of a head having a nozzle arrangement density of 360 dpi will be described below with reference to the drawings.
【００１５】図１は本発明になる３６０ｄｐｉのノズル
列が黒インク用に２列、３原色のカラーインク用に各１
列ずつの構成としたヘッドチップの外観図であり、図２
には図１のＡ−Ａ’拡大断面図を示し、その製造方法を
以下に示す。FIG. 1 shows two rows of 360 dpi nozzles according to the present invention, one for black ink and one for three primary color inks.
FIG. 2 is an external view of a head chip having a configuration of each row, and FIG.
1 shows an enlarged cross-sectional view taken along the line AA 'of FIG. 1, and a manufacturing method thereof will be described below.
【００１６】（１）の工程 シリコン基板１の第１面に駆動用ＬＳＩデバイス２を形
成する。駆動用ＬＳＩデバイス２はバイポーラ、ＢｉＣ
ＭＯＳ、ＰｏｗｅｒＭＯＳ等の何れとすることも可能で
あり、どれを選択するかはウエハの製造コストとチップ
サイズ、並びに製造歩留まり等を総合して決定される。Step (1) A drive LSI device 2 is formed on a first surface of a silicon substrate 1. The driving LSI device 2 is a bipolar, BiC
It is possible to use any of MOS, PowerMOS, and the like, and which one to select is determined by comprehensively considering the manufacturing cost and chip size of the wafer, the manufacturing yield, and the like.
【００１７】（２）の工程 前記シリコン基板１の第１面にＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金
薄膜抵抗体（以下薄膜抵抗体という）とＮｉ金属薄膜導
体をスパッタ法で形成し、フォトエッチングで薄膜抵抗
体３、個別薄膜導体４、共通薄膜導体５を形成する。こ
れらの形成方法については、本発明者の特許出願、特開
平０６−７１８８８号公報、特開平０６−２９７７１４
号公報、特願平０７−３４０４８６号公報等に詳しく記
載したので省略するが、薄膜抵抗体３は酸素を含むアル
ゴン雰囲気中での反応性スパッタ法で、Ｎｉ金属薄膜導
体４、５は高磁場中での高速スパッタ法で形成する。ま
た、本例において、薄膜抵抗体３の膜厚は約０．１μ
ｍ、Ｎｉ薄膜導体４、５は約１μｍ、この薄膜抵抗体３
の抵抗値は約２００Ωである。Step (2) A Ta-Si-O ternary alloy thin-film resistor (hereinafter referred to as a thin-film resistor) and a Ni metal thin-film conductor are formed on the first surface of the silicon substrate 1 by a sputtering method, and photoetched. The thin film resistor 3, the individual thin film conductor 4, and the common thin film conductor 5 are formed. These forming methods are described in the patent application of the present inventor, JP-A-06-71888 and JP-A-06-297714.
The thin film resistor 3 is formed by a reactive sputtering method in an argon atmosphere containing oxygen, and the Ni metal thin film conductors 4 and 5 are formed by a high magnetic field. It is formed by a high-speed sputtering method in the inside. In this example, the thickness of the thin film resistor 3 is about 0.1 μm.
m, Ni thin film conductors 4 and 5 are about 1 μm
Is about 200Ω.
【００１８】（３）の工程 前記シリコン基板１の第１面に１０μｍ厚さのポリイミ
ドを積層させ、有機ケイ素系レジストを用いたフォトド
ライエッチングによって隔壁６を形成する。この場合の
エッチングはドライエッチング、特に反応性ドライエッ
チング法の採用が微細化の点で優れている。この反応性
ドライエッチングは電子サイクロトロン共鳴によって励
起させた酸素プラズマによって行ったが、垂直にきれい
な形状で隔壁を形成することができ、個別インク通路７
と共通インク通路８が形成される。ポリイミド材料によ
る隔壁６の形成方法としては、感光性ポリイミドの塗
布、露光、現像、硬化という方法を用いる方法でも可能
である。Step (3) Polyimide having a thickness of 10 μm is laminated on the first surface of the silicon substrate 1, and the partition 6 is formed by photo-dry etching using an organic silicon-based resist. In this case, the dry etching, particularly the reactive dry etching method is excellent in terms of miniaturization. Although this reactive dry etching was performed by oxygen plasma excited by electron cyclotron resonance, partition walls could be formed in a clean shape vertically, and individual ink passages 7 were formed.
And a common ink passage 8 is formed. As a method for forming the partition 6 using a polyimide material, a method using coating, exposure, development, and curing of a photosensitive polyimide can be used.
【００１９】（４）の工程 前記シリコン基板１の第１面及び第１面の裏面となる第
２面にゴム系レジストマスクを形成し、この上からサン
ドブラスト加工を行い、インク溝１２と連結穴１３を同
時に形成する。サンドブラスト加工は研磨剤を圧縮空気
と共にシリコン基板に吹き付け加工する方法で、加工後
の断面形状は図２の如くＵ字形となる。研磨剤には例え
ば窒化シリコンの１０００メッシュの粒子を用いること
によりシリコン基板を約１０μｍ／分の速度で加工でき
る。また基板の両面から同時加工も可能で、５００μｍ
厚さのシリコンウエハでは約２５分で加工を終えること
ができる。図２に示す断面図は両面同時加工による形状
を示している。シリコン面を１０００メッシュの窒化シ
リコン粒子で加工した場合、加工端部に発生する欠けや
ひび割れといった欠陥は１０μｍ以内の大きさに押さえ
ることができる。更にシリコン面の上にＮｉ等の金属薄
膜がある面を加工すると欠けやひび割れといった欠陥は
５μｍ以内の大きさに押さえることができる。これは延
性な金属膜が脆性なシリコンの欠点を補う働きをするこ
と、及びマスク材料とシリコン面との接着力よりマスク
材料とＮｉ等の金属薄膜との接着力の方がより大きく、
加工の最後まで密着して非加工面をマスクできることが
理由と考えられる。従って、Ｎｉ等の金属薄膜の上から
サンドブラスト加工を行うことで加工精度の向上を図る
ことができる。本例では、図２に示すように第１面から
のインク溝１２の加工面にあらかじめ共通薄膜導体５の
Ｎｉ金属薄膜を被覆しておきサンドブラスト加工を行う
ことで加工面の精度向上を図ることができた。１０００
メッシュ以下のより細かい粒子を用いることにより、こ
の欠陥はさらに小さくなるが逆に加工時間は長くなる。
従って、精度の必要な第１面は細かい粒子を、精度より
も加工時間が短い方がよい第２面は粗い粒子を用いるこ
とも可能である。またこの研磨剤は回収して繰り返し利
用可能であり、更に人体有害な物質も使わず、また加工
後有害な廃棄物を出すこともない。サンドブラスト加工
のマスクにはゴム弾性を有する材料を用いる必要があ
り、例えば東京応化工業（株）製のドライフィルムフォ
トレジスト「オーディル」が利用できる。「オーディ
ル」は通常のドライフィルムフォトレジストと同様、基
板のラミネート、露光、現像、という方法でパターンを
形成可能である。ドライフィルムフォトレジスト「オー
ディル」の５０μｍ厚さのものを用いれば（３）の工程
で形成した１０μｍ厚さの隔壁６も充分被覆する事が可
能で、しかも４％ＫＯＨ水溶液で簡単に剥離することが
できサンドブラスト加工後、ヘッドには何らの障害もな
い。さて、インク溝１２の幅はＳｉ基板１の強度低下、
オリフィスプレート９のたわみ及びチップサイズなどの
観点から狭い方がよいが、インクの流路抵抗を大きくし
ないためには広い方がよい。そして、共通インク通路８
の流路抵抗よりは十分小さくすることも考慮すると、イ
ンク溝１２深さが２５０μｍのときその幅は１００〜５
００μｍが適当である。そして、このインク溝１２の断
面積と同等の断面積を連結穴１３の最小断面積とする
と、連結穴１３の基板面での穴径は（３００〜６００）
μｍ×（６００〜１０００）μｍの範囲とするのが適当
である。このインク穴１個で１００〜２００ノズルにイ
ンクを充分に供給することが可能である。Step (4) A rubber-based resist mask is formed on the first surface of the silicon substrate 1 and on the second surface, which is the back surface of the first surface, and sand blasting is performed on the rubber-based resist mask. 13 are simultaneously formed. Sandblasting is a method in which an abrasive is blown onto a silicon substrate together with compressed air, and the cross-sectional shape after the processing becomes a U-shape as shown in FIG. The silicon substrate can be processed at a speed of about 10 μm / min by using, for example, 1000 mesh particles of silicon nitride as the abrasive. Simultaneous processing from both sides of the substrate is also possible.
Processing can be completed in about 25 minutes for a silicon wafer having a thickness. The cross-sectional view shown in FIG. 2 shows a shape obtained by simultaneous double-sided processing. When the silicon surface is processed with 1000 mesh silicon nitride particles, defects such as chips and cracks generated at the processed end can be suppressed to a size of 10 μm or less. Further, when a surface having a metal thin film of Ni or the like on the silicon surface is processed, defects such as chipping and cracking can be suppressed to a size of 5 μm or less. This is because the ductile metal film works to compensate for the weakness of brittle silicon, and the adhesion between the mask material and the metal thin film such as Ni is larger than the adhesion between the mask material and the silicon surface.
This is probably because the non-processed surface can be masked in close contact with the end of the process. Therefore, the processing accuracy can be improved by performing sandblasting on a metal thin film of Ni or the like. In this example, as shown in FIG. 2, the processing surface of the ink groove 12 from the first surface is coated with a Ni metal thin film of the common thin film conductor 5 in advance, and sandblasting is performed to improve the accuracy of the processing surface. Was completed. 1000
By using finer particles smaller than the mesh, this defect is further reduced, but the processing time is longer.
Therefore, it is also possible to use fine particles for the first surface which requires accuracy, and to use coarse particles for the second surface, which is preferably shorter in processing time than accuracy. The abrasive can be recovered and reused repeatedly, does not use any harmful substances to humans, and does not produce harmful waste after processing. It is necessary to use a material having rubber elasticity for the sandblasting mask, and for example, a dry film photoresist “Audil” manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. can be used. “Odile” can form a pattern by a method of laminating, exposing, and developing a substrate, similarly to a normal dry film photoresist. If a dry film photoresist “Audil” having a thickness of 50 μm is used, it is possible to sufficiently cover the 10 μm-thick partition wall 6 formed in the step (3), and it can be easily peeled off with a 4% KOH aqueous solution. After sandblasting, the head has no obstacles. Now, the width of the ink groove 12 decreases the strength of the Si substrate 1,
The narrower is better from the viewpoint of the deflection of the orifice plate 9 and the chip size, but the wider is better in order not to increase the flow resistance of the ink. Then, the common ink passage 8
Considering that it is sufficiently smaller than the flow path resistance, when the depth of the ink groove 12 is 250 μm, the width is 100 to 5
00 μm is appropriate. When the cross-sectional area equivalent to the cross-sectional area of the ink groove 12 is defined as the minimum cross-sectional area of the connecting hole 13, the hole diameter of the connecting hole 13 on the substrate surface is (300 to 600).
It is appropriate to set the range of μm × (600 to 1000) μm. With one ink hole, it is possible to sufficiently supply ink to 100 to 200 nozzles.
【００２０】（５）の工程 オリフィスプレート９として、前記シリコン基板１の第
１面に厚さ約３０μｍのポリイミドフィルム（厚さ約５
μｍの接着層を含む）を接着させる。このフィルムの厚
さは吐出インク量と密接に関係しており、ノズルの配列
密度が３００〜８００ｄｐｉの範囲では２０〜８０μｍ
の範囲から選択するのが良い。Step (5) As the orifice plate 9, a polyimide film (about 5 μm thick) having a thickness of about 30 μm is formed on the first surface of the silicon substrate 1.
(including an adhesive layer of μm). The thickness of this film is closely related to the amount of ejected ink, and is 20 to 80 μm when the nozzle array density is in the range of 300 to 800 dpi.
It is better to choose from the range.
【００２１】（６）の工程 前記ポリイミドフィルムのオリフィスプレート９に前記
（３）の工程で説明したのと同じフォトドライエッチン
グで５０μｍφのインク吐出ノズル１０を３６０ｄｐｉ
の配列密度で薄膜抵抗体３の真上に形成する。この反応
性ドライエッチングは２０μｍφのインク吐出口を８０
０ｄｐｉの密度できれいな形状であけることができるこ
とを確認している。なお、前記（５）と（６）の工程
は、多くのノズル列を形成した薄いオリフィスプレート
をインク通路の形成されている基板に位置合わせしなが
ら接着する従来方法に比較し、格段の位置合わせ精度と
製造歩留まりの向上が達成できることは更めて説明する
までもないことであろう。Step (6) An ink discharge nozzle 10 having a diameter of 50 μmφ is applied to the orifice plate 9 of the polyimide film by the same photo-dry etching as described in the step (3) to 360 dpi.
Is formed just above the thin film resistor 3 with the arrangement density of In this reactive dry etching, the ink ejection port of 20 μmφ is set to 80
It has been confirmed that a clean shape can be formed at a density of 0 dpi. The steps (5) and (6) are much more effective than the conventional method in which a thin orifice plate having a large number of nozzle rows is bonded to a substrate having ink passages while being positioned. It is self-evident that improvements in accuracy and manufacturing yield can be achieved.
【００２２】（７）の工程 最後に前記シリコン基板１を規定の寸法に切断してヘッ
ドチップに分割し、これを４色インクカートリッジに実
装することによって小形低コストのフルカラーインクカ
ートリッジが完成する。Step (7) Finally, the silicon substrate 1 is cut into a prescribed size, divided into head chips, and mounted on a four-color ink cartridge, thereby completing a small and low-cost full-color ink cartridge.
【００２３】以上で述べた方法で３６０ｄｐｉの密度の
ヘッドを製作すると５インチウエハには５〜１０万ノズ
ルを形成でき、例えば１２８×４列フルカラー用ヘッド
が約１００個一括して製造することができた。製造歩留
まりも向上しインク吐出特性も向上して、これらのヘッ
ドは、５〜１０ｋＨｚのインク吐出繰り返し周期で正常
な印字動作を示し、各ノズル共１億ドット以上のインク
吐出で何らの不都合も認められなかった。When a head having a density of 360 dpi is manufactured by the above-described method, 50,000 to 100,000 nozzles can be formed on a 5-inch wafer. For example, about 100 128 × 4 rows full-color heads can be manufactured together. did it. The production yield is improved and the ink ejection characteristics are also improved. These heads show a normal printing operation at an ink ejection repetition cycle of 5 to 10 kHz, and all the nozzles show no inconvenience with an ink ejection of 100 million dots or more. I couldn't.
【００２４】[0024]
【発明の効果】本発明によれば、インク噴射記録ヘッド
の製造において以下に示す効果を得ることができる。 （１）プリントヘッドの小形化と、印字速度を向上する
事が出来る。 （２）インク溝と連結穴が同時に形成可能で工程数を削
減できる。また加工時間も短縮できる。 （３）シリコン基板上に薄膜プロセスのみを用いて数万
〜数１０万ノズルを一括して製造することができるの
で、大規模高集積密度のヘッドを安価に提供できる。 （４）危険な薬品等を使用しなく作業性の良い、廃棄物
もない環境に優しい製造方法とすることができる。According to the present invention, the following effects can be obtained in the manufacture of an ink jet recording head. (1) The print head can be downsized and the printing speed can be improved. (2) Since the ink groove and the connection hole can be formed simultaneously, the number of steps can be reduced. Processing time can also be shortened. (3) Since tens of thousands to hundreds of thousands of nozzles can be collectively manufactured on a silicon substrate using only a thin film process, a large-scale, high-integration-density head can be provided at low cost. (4) An environment-friendly manufacturing method that does not use dangerous chemicals or the like, has good workability, and has no waste.
【図１】本発明になるインク噴射記録ヘッドの一例であ
るヘッドチップの外観図FIG. 1 is an external view of a head chip which is an example of an ink jet recording head according to the present invention.
【図２】図１のＡ−Ａ’拡大断面図FIG. 2 is an enlarged sectional view taken along the line A-A 'of FIG.
1.シリコン基板 2.駆動用ＬＳＩデバイス 3. 薄膜抵
抗体 ４.個別薄膜導体 ５.共通薄膜導体 ６.隔壁 ７.個別インク通路 ８.共
通インク通路 ９.オリフィスプレート １０.インク吐
出ノズル １１.吐出インク １２.インク溝 １３.連結穴 １４.ボンディングパッド １５.フレー
ム ２０．インクジェットデバイスチップ1. Silicon substrate 2. Driving LSI device 3. Thin film resistor 4. Individual thin film conductor 5. Common thin film conductor 6. Partition wall 7. Individual ink passage 8. Common ink passage 9. Orifice plate 10. Ink ejection nozzle 11. Discharge Ink 12. Ink groove 13. Connection hole 14. Bonding pad 15. Frame 20. Inkjet device chip
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 町田 治 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 清水 一夫 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Osamu Machida 1060 Takeda, Hitachinaka-shi, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi Koki Co., Ltd. (72) Inventor Kazuo Shimizu 1060 Takeda, Hitachinaka-shi, Ibaraki Hitachi Koki Co., Ltd.
Claims (4)
抵抗体と薄膜導体からなる複数個のヒータと、該ヒータ
を駆動するべく同一シリコン基板上に形成され、前記ヒ
ータに接続された駆動用ＬＳＩと、前記複数個のヒータ
に順次パルス通電することによって該ヒータの発熱面と
垂直又はほぼ垂直方向にインク滴を吐出する複数個の吐
出口と、該複数個の吐出口のそれぞれに対応して該シリ
コン基板上に設けられた複数個の個別インク通路と、該
個別インク通路の全てが連通するべく前記シリコン基板
上に設けられた共通インク通路と、該共通インク通路の
全長にわたって導通されるよう前記シリコン基板に設け
られた１本のインク溝と、該インク溝が前記シリコン基
板の第１面の裏面である第２面と連通するべく該シリコ
ン基板の第２面に穿たれた少なくとも１個の連結穴とか
らなるインク噴射デバイスの複数個が並置されているイ
ンク噴射記録ヘッドを製造する方法であって、（１）シ
リコン基板の第１面に駆動用ＬＳＩを形成する工程と、
（２）該シリコン基板の第１面に薄膜抵抗体及び薄膜導
体を形成する工程と、（３）該シリコン基板の第１面に
前記インク通路を構成する隔壁層を形成する工程と、
（４）該シリコン基板の両面にサンドブラスト加工によ
って前記インク溝及び連結穴を形成する工程と、（５）
該シリコン基板の第１面にオリフィスプレートを接着す
る工程と、（６）該オリフィスプレートにフォトエッチ
ングによって前記吐出口を形成する工程と、（７）該シ
リコン基板を切断してヘッドチップに分割する工程を含
むことを特徴とするインク噴射記録ヘッドの製造方法。A plurality of heaters comprising a thin film resistor and a thin film conductor formed on a first surface of a silicon substrate; and a plurality of heaters formed on the same silicon substrate to drive the heaters and connected to the heaters. A driving LSI, a plurality of ejection openings for ejecting ink droplets in a direction perpendicular or substantially perpendicular to the heating surface of the heater by sequentially applying a pulse current to the plurality of heaters, and a plurality of ejection openings, respectively. A plurality of individual ink passages correspondingly provided on the silicon substrate; a common ink passage provided on the silicon substrate so that all of the individual ink passages communicate with each other; A single ink groove provided in the silicon substrate so that the ink groove communicates with a second surface which is a back surface of the first surface of the silicon substrate. A method for manufacturing an ink-jet recording head in which a plurality of ink-jet devices each having at least one connection hole are juxtaposed, wherein (1) a driving LSI is formed on a first surface of a silicon substrate. Process and
(2) a step of forming a thin film resistor and a thin film conductor on the first surface of the silicon substrate; and (3) a step of forming a partition layer constituting the ink passage on the first surface of the silicon substrate.
(4) forming the ink grooves and the connection holes on both surfaces of the silicon substrate by sandblasting; (5)
A step of bonding an orifice plate to the first surface of the silicon substrate, (6) a step of forming the discharge port by photoetching in the orifice plate, and (7) cutting the silicon substrate into head chips. A method for manufacturing an ink jet recording head, comprising the steps of:
て形成されるＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄膜抵抗体であ
り、前記薄膜導体が高速スパッタ法によって形成される
Ｎｉ薄膜導体であることを特徴とする請求項１記載のイ
ンク噴射記録ヘッドの製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the thin film resistor is a Ta—Si—O ternary alloy thin film resistor formed by a reactive sputtering method, and the thin film conductor is a Ni thin film conductor formed by a high speed sputtering method. The method for manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein:
スト加工によって前記インク溝形成する工程で、加工前
の加工面は前記薄膜導体で被覆されていることを特徴と
する請求項１記載のインク噴射記録ヘッドの製造方法。3. The ink jet according to claim 1, wherein, in the step of forming the ink grooves by sandblasting from the first surface of the silicon substrate, a processed surface before processing is covered with the thin film conductor. Manufacturing method of recording head.
って製造されたインク噴射記録ヘッドを搭載することを
特徴とする記録装置。4. A recording apparatus comprising an ink jet recording head manufactured by the method according to claim 1.
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1997
- 1997-01-24 JP JP1102697A patent/JP3803985B2/en not_active Expired - Fee Related
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