JP2006175679A - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極部が溶解樹脂層の溶出液に浸食されることなく、溶解樹脂層を完全に溶出することができ、その結果として、流路詰まり等の欠点をなくす。
【解決手段】基板１１上のＰＡＤ電極部３１を含む領域に保護層３２を形成する工程と、基板１１上の発熱素子１２が形成された領域を含む領域に、インク液室をかたちどる溶解樹脂層３４を形成する工程と、溶解樹脂層３４を覆うとともに、ＰＡＤ電極部３１上を開口した領域に、被覆樹脂層３５を形成する工程と、被覆樹脂層３５の発熱素子１２上を開口し、ノズル１８を形成する工程と、溶出液に浸漬し、溶解樹脂層３４を溶出する工程と、溶解樹脂層３４の溶出後に、保護層３２を除去する工程とを含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、液室内の液体を吐出するためのノズルを形成した液体吐出ヘッドの製造方法に係るものであり、詳しくは、溶解樹脂層を確実に溶出できるようにするとともに、基板上の電極部が浸食されることがないようにする技術に関するものである。

従来より、インクジェットプリンタのインクジェットヘッド（液体吐出ヘッドの一種）に関する技術として、エネルギー発生素子により、インク液室内のインクをノズルからインク液滴として吐出し、インクの吐出面に対向して配置された印画紙等の被記録媒体上に着弾させ、略円形のドットを縦横に形成することで点画とし、文字や画像等を表現する技術が知られている。

ここで、インクの吐出方式には、エネルギー発生素子として発熱素子（発熱抵抗体）を使用し、熱エネルギーを用いてインクを吐出させるサーマル方式や、エネルギー発生素子としてピエゾ素子を使用し、振動板を変形させてインクを吐出させるピエゾ方式等が知られているが、いずれの方式であっても、インク液室内のインクは、ノズルから吐出されることとなる。

そして、この種の液体吐出ヘッドの構造としては、液室と、液室内部に設けられたエネルギー発生素子と、エネルギー発生素子上に位置するノズルと、各液室に連通する個別流路と、この各個別流路と連通し液体を供給する共通流路等とから構成されている。

このようなインクジェットヘッドの製造方法としては、例えば、エネルギー発生素子を配した基板上に、後工程で溶解可能な溶解樹脂層をインク液室の形状パターンに形成する工程と、インク液室の形状パターンに形成された溶解樹脂層上に、樹脂溶液を塗布して被覆樹脂層とする工程と、被覆樹脂層にノズルを形成するとともに、被覆樹脂層の下の溶解樹脂層を溶出してインク液室を形成する工程とによって製造する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭５９−２７４６８９号公報

しかし、前述の従来の技術では、以下の問題があった。
従来の技術で製造した液体吐出ヘッドで印画評価を実施したところ、一部のノズルからの液滴の不吐出と思われる白スジが発生した。そこで、このインクジェットヘッドを分解して解析した結果、本来は溶出工程で除去されるべき溶解樹脂層が溶出しきれずに部分的に流路内に残存しており、これがインクの流れを妨げてしまい、ノズルまでインクが到達していない箇所があることが判明した。

そこで、溶解樹脂層を完全に除去できるような溶出液の検討を行った結果、この溶解樹脂層として用いている感光性レジストの現像液を溶出液として用いることで、被覆樹脂層にダメージを与えることなく、溶解樹脂層を、溶出残りが発生することなく完全に溶出できることがわかった。

しかし、この感光性レジストの現像液は、アルカリ性水溶液（水酸化テトラメチルアンモニウム２〜３％水溶液）であるため、主としてアルミニウム（Ａｌ）で形成されているＰＡＤ電極部がこの溶出液に触れて浸食してしまうという問題が生じた。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、電極部が溶解樹脂層の溶出液に浸食されることなく、溶解樹脂層を完全に溶出することができ、その結果として、流路詰まり等の欠点をなくした液体吐出ヘッドの製造方法を提供することである。

本発明は、以下の解決手段によって、上述の課題を解決する。
本発明の１つである請求項１に記載の発明は、基板上に形成され、前記液室中の液体にエネルギーを付与するエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子を内部に収容し、吐出すべき液体を収容する液室と、前記液室内の液体を吐出するための前記ノズルと、前記基板上に形成され、外部と電気的に接続するための電極部とを備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記基板上の前記電極部を含む領域に保護層を形成する工程と、前記基板上の前記エネルギー発生素子が形成された領域を含む領域に、前記液室をかたちどる溶解樹脂層を形成する工程と、前記溶解樹脂層を覆うとともに、前記電極部上を開口した領域に、被覆樹脂層を形成する工程と、前記被覆樹脂層の前記エネルギー発生素子上を開口し、前記ノズルを形成する工程と、溶出液に浸漬し、前記溶解樹脂層を溶出する工程と、前記溶解樹脂層の溶出後に、前記保護層を除去する工程とを含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法である。

上記の発明においては、電極部上には保護層が形成される。そして、溶解樹脂層が溶出されるときは、電極部は、保護層により覆われているので、電極部が溶解樹脂層の溶出液により浸食されることはない。したがって、電極部の浸食を気にすることなく溶解樹脂層を確実に溶出することができる。また、保護層は、溶解樹脂層の溶出後に除去される。これにより、電極部を確実に保護することができる。

本発明の液体吐出ヘッドの製造方法によれば、電極部が溶解樹脂層の溶出液に浸食されることがないので、溶出液として、例えばアルカリ性水溶液を用いることができる。これにより、溶解樹脂層の残存等がなくなり、完全に除去することができる。したがって、流路詰まり等のない液体吐出ヘッドを提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本発明の方法によって製造される液体吐出ヘッドは、下記の実施形態では、インクジェットプリンタ用のインクジェットヘッド１０に相当する。そして、液体としてインクを使用し、インクを収容する液室がインク液室１４である。また、下記実施形態では、エネルギー発生素子として発熱素子（発熱抵抗体）１２を使用しており、この発熱素子１２は、基板１１上に配列される。なお、液体吐出ヘッドが下記の実施形態に限定されるものでないことは、いうまでもない。

図１に示すように、インクジェットヘッド１０において、基板１１上には発熱素子１２が設けられている。発熱素子１２は、紙面に対して垂直な方向に一定間隔で並設されている。例えば６００ＤＰＩの解像度を有するインクジェットヘッド１０の場合には、４２．３μｍ間隔で並設されている。

基板１１の発熱素子１２上には、被覆樹脂層３５が形成されている。被覆樹脂層３５において、発熱素子１２上には、一定の空隙が形成されており、この空隙がインク液室１４を構成している。また、インク液室１４と連通して、個別流路１５が形成されている。個別流路１５は、後述する共通流路２３と連通している。
さらに、被覆樹脂層３５の発熱素子１２上には、開口されたノズル１８が形成されている。

基板１１は、インク供給部材２１上に取り付けられている。インク供給部材２１には、上下方向に開口された穴が形成されており、この穴の下面側が供給口２２を形成し、内部が共通流路２３を形成している。そして、共通流路２３の上面側の開口部分を封止するように、被覆樹脂層３５とインク供給部材２１との間には、天板２４が取り付けられている。これにより、共通流路２３が封止されている。

以上の構成からなるインクジェットヘッド１０において、供給口２２から供給されるインクは、共通流路２３及び個別流路１５を介してインク液室１４に送られる。
一方、図示しない制御部により発熱素子１２の駆動が制御され、発熱素子１２が急速に加熱されると、インク液室１４内において、発熱素子１２上に気泡が発生し、この気泡が成長するときの飛翔力によって、ノズル１８からインクが液滴として吐出される。そして、吐出された液滴の量に相当するインクが、個別流路１５からインク液室１４内に満たされる。

次に、本実施形態のインクジェットヘッドの製造方法について説明する。
先ず、図２に示すように、例えば半導体や電子デバイス製造技術用の微細加工技術を使用して、シリコン、ガラス、セラミックス等の基板１１上に、発熱素子１２（エネルギー発生素子に相当するもの）を形成する。

また、この基板１１上には、感光性レジストからなるＰＡＤ電極部３１が形成される。
次に、ＰＡＤ電極部３１上に、保護層３２を形成する。この保護層３２の形成は、スピンコート等により塗布し、フォトリソ工程でＰＡＤ電極部３１上に膜が残るようパターンを形成する。その厚みとしては、１〜２μｍ程度である。

なお、図２に示すように、ＰＡＤ電極部３１上を覆う一部の範囲だけに保護層３２を形成するのではなく、図３に示すように、ＰＡＤ電極部３１を含む基板１１全面に、感光性レジストからなる密着層３３をスピンコート等により塗布し、フォトリソ工程でＰＡＤ電極部３１上にも膜が残るようパターニングするようにしても良い。この密着層３３は、基板１１と、後述する被覆樹脂層３５との密着性を高めるためのものである。このように形成した場合には、密着層３３をＰＡＤ電極部３１の保護層３２として利用することができる。

次に、図４に示すように、発熱素子１２上を含む領域に、溶解樹脂層３４（犠牲層）をスピンコート等により塗布を行い、フォトリソ工程で流路パターンを形成する。この溶解樹脂層３４は、後にインク液室１４及び個別流路１５となる部分である。

次に、図５に示すように、溶解樹脂層３４上を含む基板１１の略全面に、例えば感光性レジストからなる被覆樹脂層３５をスピンコート等で塗布する。その後、フォトリソ工程により、発熱素子１２の真上に位置する被覆樹脂層３５にノズル１８（吐出穴）を形成する。このときに、図５に示すように、ＰＡＤ電極部３１上の被覆樹脂層３５は開口するように（開口部３６が形成されるように）、予めフォトマスクを設計しておく。

次に、基板１１から１チップ毎に例えばダイサーなどを用いて切り出しを行う。このとき、切り出しのカットラインのうち、少なくとも一部が溶解樹脂層３４にかかるように切り出しを行い、切り出し後の断面に溶解樹脂層３４が露出するようにする。

次にこのチップを溶解樹脂層３４の溶出液に浸漬することで、露出された溶解樹脂層３４の断面（図５中、右端面）を起点としてこの溶解樹脂層３４を溶出し、図６に示すように、構造体である被覆樹脂層３５のみが基板１１上に残るようにする。これにより、溶解樹脂層３４が存在していた部分が空隙となり、この空隙が、インクジェットヘッド１０のインク液室１４及び個別流路１５を構成する。

ここで、溶出液として、溶解樹脂層３４の現像液であるアルカリ性水溶液（例えば水酸化テトラメチルアンモニウム ２〜３％水溶液）を使用することで、溶解樹脂層３４は液体流路内部に残ることなく、完全に溶出することができる。また、ＰＡＤ電極部３１は、上述の保護層３２により覆われているので、このアルカリ性水溶液に対して浸食されることはない。

次に、図７に示すように、保護層３２を被覆樹脂層３５のパターンをマスクにして、基板１１全面に、酸素プラズマ処理を用いて除去を行なう。上述した通り、保護層３２は、厚みが１〜２μｍ程度と被覆樹脂層３５（２０μｍ前後）に比べるとはるかに薄い為ため、基板１１全面に酸素プラズマ処理を行っても、保護層３２を除去する程度の処理条件であれば被覆樹脂層３５がなくなってしまうことはない。このようにして、ＰＡＤ電極部３１が露出する。なお、被覆樹脂層３５の下層に保護層３２の一部が残るが、ＰＡＤ電極部３１自体は、外部に露出するので何ら問題はない。

以上のようにして、チップ上にエネルギー発生素子である発熱素子１２と、発熱素子１２を内部に収容したインク液室１４と、インク液室１４の上部に形成されたノズル１８とを備えるチップを形成することができる。

次に、このチップと、供給口２２が形成された材質が例えばアルミニウム、ステンレス鋼、セラミック、樹脂とからなるインク供給部材２１とを一定の間隔を設けて配置する。そして、その上に例えば、予め接着剤が塗布されているポリイミド、ＰＥＴ等の樹脂フィルム又はニッケルやアルミニウム、ステンレス等の金属箔からなる天板２４を、熱圧着等で貼り付けることにより、蓋をして供給口２２からチップ上の各個別流路１５へインクを供給する共通流路２３を形成し、インクジェットヘッド１０が形成される（図１）。

（実施例）
次に、本発明の実施例について説明する。
エネルギー発生素子である発熱素子１２が形成されたシリコンウエハー上に、保護層３２として、ネガ型フォトレジストを膜厚１μｍとなるようにスピンコートで塗布し、マスクアライナーで露光した。
その後、現像・リンス処理を行ってＰＡＤ電極部３１上に膜が残るようパターニングを行い、さらに耐水性を向上させるための２００℃でポストベーク処理を行った。

次に、ポジ型フォトレジストＰＭＥＲ−ＬＡ９００（東京応化工業（株）製）を膜厚１０μｍになるようにスピンコートで塗布し、マスクアライナーで露光した。
その後、現像液（水酸化テトラメチルアンモニウム３％水溶液）で現像し、純水でリンス処理を行って、流路パターンを形成した。そしてこのレジストパターン上に上述のマスクアライナーで全面露光を行い、窒素雰囲気中で２４時間自然放置した。

次にこのパターニングされたレジスト上に、さらに光硬化型のネガ型フォトレジストをスピンコートにより溶解樹脂層３４上の膜厚が１０μｍとなるよう回転数を調整し塗布した。次にマスクアライナーで露光を行い、現像液（ＯＫ７３シンナー：東京応化工業（株）製）・リンス液（ＩＰＡ）にて現像・リンスを行って、所望の位置に直径１５μｍのノズル１８や、ＰＡＤ電極部３１の開口部３６を形成した。

次に、このウエハーをダイサーを用いてダイシングを行い、個別のチップサイズにカットした。このときのダイシングラインがパターニングされたポジ型フォトレジスト上にかかるようポジ型レジストのフォトマスクを予め設計してある。
その後、チップをポジ型フォトレジストの現像液である水酸化テトラメチルアンモニウム３％水溶液に超音波振動を加えながらポジ型フォトレストが完全に溶出するまで浸漬し続けた。

その後、純水置換及び乾燥を行った。
さらに、このチップに酸素プラズマ処理を行い、ＰＡＤ電極部３１上のネガ型フォトレジスト（保護層３２）を除去した。

次に、このチップをインク供給部材２１に張り付け、ポリイミドフィルムの天板２４で蓋をして、チップを駆動するためのプリント基板とチップ上のＰＡＤ電極部３１をワイヤーボンディングで接続した。さらにその部分がインクに触れることがないように、エポキシ系接着剤にて封止した。

このようにして作成したインクジェットヘッド１０を用いて、インク吐出試験を行ったところ、インク不吐出による白スジの発生は認められなかった。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、以下のような種々の変形等が可能である。
（１）上記の実施形態では、インクジェットヘッド１０を例示しているが、これに限られるものではない。例えば、吐出する液体はインクに限らず、各種の液体を吐出する液体吐出ヘッドに適用することができる。

例えば、染め物に対して染料を吐出する液体吐出ヘッド等に適用することもできる。また、生体試料を検出するためのＤＮＡ含有溶液を吐出するための液体吐出ヘッド等に適用することも可能である。

（２）上記の実施形態では、エネルギー発生素子として発熱素子１２を用いたサーマル方式のインクジェットヘッド１０を例示しているが、これに限られるものではない。すなわち、エネルギー発生素子は発熱素子１２に限らず、エネルギー発生素子としてピエゾ素子を用いたピエゾ方式等のインクジェットヘッドについても適用可能である。

本発明の製造方法で製造されたインクジェットヘッドを示す断面図である。 ＰＡＤ電極部上に保護層が形成された状態を示す断面図である。 ＰＡＤ電極部上を含む基板全面に密着層が形成された状態を示す断面図である。 発熱素子上に溶解樹脂層が形成された状態を示す断面図である。 溶解樹脂層上に被覆樹脂層が形成された状態を示す断面図である。 溶解樹脂層が溶出され、インク液室及び個別流路が形成された状態を示す断面図である。 保護層が除去された状態を示す断面図である。

符号の説明

１０ インクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）
１１ 基板
１２ 発熱素子（エネルギー発生素子）
１４ インク液室（液室）
１５ 個別流路
１８ ノズル
２１ インク供給部材
２２ 供給口
２３ 共通流路
３１ ＰＡＤ電極部
３２ 保護層
３４ 溶解樹脂層
３５ 被覆樹脂層

Claims (4)

1. 基板上に形成され、液体にエネルギーを付与するエネルギー発生素子と、
   前記エネルギー発生素子を内部に収容し、吐出すべき液体を収容する液室と、
   前記液室内の液体を吐出するためのノズルと、
   前記基板上に形成され、外部と電気的に接続するための電極部と
   を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記基板上の前記電極部を含む領域に保護層を形成する工程と、
   前記基板上の前記エネルギー発生素子が形成された領域を含む領域に、前記液室をかたちどる溶解樹脂層を形成する工程と、
   前記溶解樹脂層を覆うとともに、前記電極部上を開口した領域に、被覆樹脂層を形成する工程と、
   前記被覆樹脂層の前記エネルギー発生素子上を開口し、前記ノズルを形成する工程と、
   溶出液に浸漬し、前記溶解樹脂層を溶出する工程と、
   前記溶解樹脂層の溶出後に、前記保護層を除去する工程と
   を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記基板上の前記電極部を含む領域に、前記被覆樹脂層と前記基板とを密着させるための密着層を設け、前記密着層を前記保護層として利用する
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記溶解樹脂層を溶出させるための溶出液として、アルカリ性水溶液を用いる
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記保護層は、前記基板全面に酸素プラズマ処理を施すことにより除去する
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。

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