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JP6977570B2 - Manufacturing method of piezoelectric actuator unit - Google Patents

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JP6977570B2 JP2018003253A JP2018003253A JP6977570B2 JP 6977570 B2 JP6977570 B2 JP 6977570B2 JP 2018003253 A JP2018003253 A JP 2018003253A JP 2018003253 A JP2018003253 A JP 2018003253A JP 6977570 B2 JP6977570 B2 JP 6977570B2
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Description

本発明は、圧電アクチュエータユニットの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric actuator unit.

プリンタ、ファクシミリ、複写装置及びこれらの複合機等の画像形成装置として、例えば、インク液滴を吐出する液体吐出ヘッドを用いた画像形成装置(インクジェット記録装置)が知られている。この画像形成装置は、液体吐出ヘッドから被記録媒体に対してインク滴を吐出して画像形成を行なうものである。 As an image forming apparatus such as a printer, a facsimile, a copying apparatus, and a multifunction device thereof, for example, an image forming apparatus (inkjet recording apparatus) using a liquid ejection head for ejecting ink droplets is known. This image forming apparatus forms an image by ejecting ink droplets from a liquid ejection head onto a recording medium.

液体吐出ヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室(加圧室、インク流路、加圧液室、圧力室、吐出室等とも称される)と、該液室の容積を変化させることにより連通するノズルからインクを吐出させるための素子を備えた構成が知られている。 The liquid ejection head includes a nozzle for ejecting ink droplets, a liquid chamber (also referred to as a pressurizing chamber, an ink flow path, a pressurized liquid chamber, a pressure chamber, a discharge chamber, etc.) through which the nozzles communicate, and the liquid chamber. There is known a configuration including an element for ejecting ink from a nozzle that communicates by changing the volume of the above.

このような素子としては、圧電素子などの電気機械変換素子、ヒータなどの電気熱変換素子を備えた構成が知られているが、圧力室の壁の一部に振動板を設け、圧電素子により振動板を変位させることにより圧力室の体積を変化させ、圧力を高めて圧力室内のインクをノズルから吐出させる前者の構成(以下、「圧電アクチュエータ」ともいう)は、多様な液滴に対応できる点で後者の構成(サーマル方式)に対し優位性がある。 As such an element, a configuration including an electromechanical conversion element such as a piezoelectric element and an electric heat conversion element such as a heater is known. However, a vibration plate is provided on a part of the wall of the pressure chamber, and the piezoelectric element is used. The former configuration (hereinafter, also referred to as "piezoelectric actuator"), which changes the volume of the pressure chamber by dislocating the vibrating plate and increases the pressure to eject the ink in the pressure chamber from the nozzle, can handle various droplets. In that respect, it has an advantage over the latter configuration (thermal method).

圧電アクチュエータの作製方法としては、シートの接着やセラミックスのモールドといった手法が採られてきたが、近年、さらなる小型化や高密度化を目指すため、半導体生産技術を応用した、いわゆるMEMSプロセスを用いた方法が検討されている。
このような圧電アクチュエータを備えた液体吐出ヘッドにおいては、素子にエネルギーを発生させる際に電圧を与える必要があり、駆動用のICと素子とをつなぐ配線を設け、これらを保護部材により保護したモジュール(以下、「圧電アクチュエータユニット」ともいう)が構成される。
As a method for manufacturing a piezoelectric actuator, methods such as sheet bonding and ceramic molding have been adopted, but in recent years, in order to further reduce the size and increase the density, a so-called MEMS process applying semiconductor production technology was used. The method is being considered.
In a liquid discharge head equipped with such a piezoelectric actuator, it is necessary to apply a voltage when generating energy in the element, and a module in which wiring connecting the drive IC and the element is provided and these are protected by a protective member. (Hereinafter, also referred to as "piezoelectric actuator unit") is configured.

圧電アクチュエータユニットとしては、シリコン(Si)基板の表面に振動板と、上下を電極に挟まれた圧電体層を構築し、駆動用IC接続のための金属配線層、絶縁膜、配線層の酸化を防ぐ保護膜を構築し、シリコン基板の裏面にインクを供給する流路を設け、ノズルを連接することでインクを吐出させる機構が完成する(図1参照)。 As the piezoelectric actuator unit, a diaphragm and a piezoelectric layer sandwiched between electrodes at the top and bottom are constructed on the surface of a silicon (Si) substrate, and the metal wiring layer, insulating film, and wiring layer for connecting the drive IC are oxidized. A protective film is constructed, a flow path for supplying ink is provided on the back surface of the silicon substrate, and a mechanism for ejecting ink is completed by connecting the nozzles (see FIG. 1).

このような圧電アクチュエータユニットは、適用される液体吐出ヘッドの安定した吐出性能を得るためにも、製造工程において欠陥無く加工されたものである必要がある。
しかしながら、図1に示す従来の圧電アクチュエータユニットの製造方法においては、液室25の加工中及び接液膜26の成膜中に異物が存在した場合、ピンホールが生じることがある。例えば、圧電アクチュエータの駆動時に当該異物の箇所から接液膜26の剥がれが生じるなどして基板が液室内のインクに暴露されると、基板成分のシリコンが液室内のインクに溶出してしまうという問題がある。
Such a piezoelectric actuator unit needs to be machined without defects in the manufacturing process in order to obtain stable discharge performance of the applied liquid discharge head.
However, in the conventional method for manufacturing the piezoelectric actuator unit shown in FIG. 1, if a foreign substance is present during the processing of the liquid chamber 25 and the film formation of the wetted film 26, pinholes may occur. For example, if the substrate is exposed to the ink in the liquid chamber due to peeling of the wetted film 26 from the foreign matter when the piezoelectric actuator is driven, the silicon of the substrate component is eluted into the ink in the liquid chamber. There's a problem.

ところで、平滑な振動板を形成する目的で、シリコン基板の表面に周溝を形成することにより液室(圧力室)の内壁を形成した後、振動板、電極及び圧電素子を積層し、次いで圧力室を形成する工程を備えた液滴吐出ヘッドの製造方法が提案されている(特許文献1参照)。特許文献1には、周溝の形成後に充填材を充填する工程を備えること等が開示されている。このような工程を行うことにより、液室側壁からの基板成分の溶出が抑制される効果が得られると考えられる。 By the way, for the purpose of forming a smooth diaphragm, after forming the inner wall of the liquid chamber (pressure chamber) by forming a peripheral groove on the surface of the silicon substrate, the diaphragm, the electrode and the piezoelectric element are laminated, and then the pressure is applied. A method for manufacturing a droplet ejection head including a step of forming a chamber has been proposed (see Patent Document 1). Patent Document 1 discloses that a step of filling a filler after forming a peripheral groove is provided. By performing such a step, it is considered that the effect of suppressing the elution of the substrate component from the side wall of the liquid chamber can be obtained.

しかしながら、特許文献1の製造方法において、形成した周溝に充填材を充填する方法によっては、溝の中央でボイドが発生したり、表面を研削して平坦に加工した場合に界面でチッピングが発生したり、充填された充填材の表面張力によって凸部やボイドが生じたりすることがある(図2参照)。 However, in the manufacturing method of Patent Document 1, depending on the method of filling the formed peripheral groove with a filler, a void may be generated in the center of the groove, or chipping may occur at the interface when the surface is ground and flattened. Or, the surface tension of the filled filler may cause protrusions or voids (see FIG. 2).

基板に形成された溝部が上記のような欠陥を有する状態で以降の製造工程を行った場合、形成される振動板や電極の平坦性が損なわれ、圧電体膜の成膜に悪影響を及ぼし、結晶性を低下させるおそれがある。また、製造された液体吐出ヘッドにおいて圧電アクチュエータを連続駆動させた場合には、当該欠陥がクラックの発生源となり、信頼性が損なわれるおそれがある。 If the subsequent manufacturing process is performed in a state where the groove formed on the substrate has the above-mentioned defects, the flatness of the formed diaphragm and electrodes is impaired, which adversely affects the film formation of the piezoelectric film. May reduce crystallinity. Further, when the piezoelectric actuator is continuously driven in the manufactured liquid discharge head, the defect may become a source of cracks and the reliability may be impaired.

そこで本発明は、液室のピンホールの発生と基板成分の溶出が抑制されるともに、信頼性が損なわれることがなく、液体吐出ヘッドにおいて安定した吐出性能を実現することができる圧電アクチュエータユニットの製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is a piezoelectric actuator unit capable of achieving stable discharge performance in a liquid discharge head without impairing reliability while suppressing the generation of pinholes in the liquid chamber and the elution of substrate components. The purpose is to provide a manufacturing method.

かかる目的を達成するため、本発明に係る圧電アクチュエータユニットの製造方法は、液滴を吐出するノズルと連通する液室と、前記液室の一部を構成する振動板に振動を付与して前記液室に圧力変化を発生させる圧電アクチュエータとを有する液体吐出ヘッドに用いられる圧電アクチュエータユニットの製造方法であって、
前記液室が形成されるシリコン基板上に前記振動板を形成する工程と、
前記シリコン基板に対し、前記振動板が形成される面の対向面から、前記液室を区画する側壁を形成するための複数の溝部を形成する工程と、
前記複数の溝部の表面を熱酸化し、酸化物により前記複数の溝部を充填する工程と、
前記振動板上に電極を形成する工程と、
前記振動板上にフレ−ムを形成する工程と、
前記シリコン基板の前記複数の溝部に囲まれた部分のシリコンを除去し、前記複数の溝部を充填する工程で充填された前記酸化物により側壁が構成された前記液室を形成する工程と、
前記液室の内側面に接液膜を形成する工程と、をこの順に含むことを特徴とする。
In order to achieve such an object, the method for manufacturing a piezoelectric actuator unit according to the present invention applies vibration to a liquid chamber communicating with a nozzle for ejecting droplets and a vibrating plate constituting a part of the liquid chamber. A method for manufacturing a piezoelectric actuator unit used for a liquid discharge head having a piezoelectric actuator that generates a pressure change in a liquid chamber.
The step of forming the diaphragm on the silicon substrate on which the liquid chamber is formed, and
A step of forming a plurality of grooves for forming a side wall for partitioning the liquid chamber from a surface facing the surface on which the diaphragm is formed with respect to the silicon substrate.
Said plurality of grooves the surface of the thermally oxidized, a step of filling the plurality of grooves by an oxide,
The process of forming electrodes on the diaphragm and
The process of forming a frame on the diaphragm and
A step of forming the liquid chamber side wall is constituted by the plurality of removing the silicon of the portion surrounded by the groove of the silicon substrate, the oxide filled in the step of filling the plurality of grooves,
It is characterized by including the step of forming a wetted film on the inner surface of the liquid chamber in this order.

本発明によれば、液室のピンホールの発生と基板成分の溶出が抑制されるともに、信頼性が損なわれることがなく、液体吐出ヘッドにおいて安定した吐出性能を実現することができる圧電アクチュエータユニットの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, a piezoelectric actuator unit capable of suppressing the generation of pinholes in a liquid chamber and elution of substrate components, and achieving stable discharge performance in a liquid discharge head without impairing reliability. Production method can be provided.

従来の圧電アクチュエータユニットの製造方法の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing method of the conventional piezoelectric actuator unit. 従来の製造方法における欠陥の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the defect in the conventional manufacturing method. 本実施形態の製造方法において、溝部の形成及び充填を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the formation and filling of the groove part in the manufacturing method of this embodiment. 本実施形態の製造方法における一工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one step in the manufacturing method of this embodiment. 本実施形態の製造方法における一工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one step in the manufacturing method of this embodiment. 本実施形態の製造方法における一工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one step in the manufacturing method of this embodiment. 本実施形態の製造方法における一工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one step in the manufacturing method of this embodiment. 本実施形態の製造方法における一工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one step in the manufacturing method of this embodiment. 本実施形態の製造方法における一工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one step in the manufacturing method of this embodiment. 本実施形態の製造方法における一工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one step in the manufacturing method of this embodiment. 耐久性評価の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the durability evaluation. 破壊された比較例1の圧電アクチュエータユニットの電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the piezoelectric actuator unit of Comparative Example 1 which was destroyed. 圧電アクチュエータユニットを備えた画像形成装置の一例を示す斜視説明図である。It is a perspective explanatory drawing which shows an example of the image forming apparatus provided with the piezoelectric actuator unit. 圧電アクチュエータユニットを備えた画像形成装置の一例を示す側面説明図である。It is a side explanatory view which shows an example of the image forming apparatus provided with the piezoelectric actuator unit.

MEMSプロセスを用いてアクチュエータを作製する工程の従来の例を図1に示す。
図1中(A)〜(F)の各工程において、上段は短手方向の断面図、下段は長手方向の断面図を示している。
FIG. 1 shows a conventional example of a process of manufacturing an actuator using a MEMS process.
In each of the steps (A) to (F) in FIG. 1, the upper row shows a sectional view in the lateral direction, and the lower row shows a sectional view in the longitudinal direction.

まず、(A)に示すように基板11上に振動板12、下部電極15、圧電材料16、上部電極17を成膜し、(B)に示すように所定の形状に成形する。次いで、(C)に示すように保護膜18、配線層19を構築し、(D)に示すように絶縁膜20を成膜し、インク流路21及びIC接続部22を設ける。次いで、(E)に示すようにフレーム23を貼り付け、IC接続部22上に駆動用IC24を搭載する。その後、(F)に示すように基板11を研削し、液室25を形成し、液室25の内側面に接液膜26を成膜する。以上のような工程により、圧電アクチュエータが構築される。 First, as shown in (A), a diaphragm 12, a lower electrode 15, a piezoelectric material 16, and an upper electrode 17 are formed on the substrate 11, and formed into a predetermined shape as shown in (B). Next, the protective film 18 and the wiring layer 19 are constructed as shown in (C), the insulating film 20 is formed as shown in (D), and the ink flow path 21 and the IC connection portion 22 are provided. Next, as shown in (E), the frame 23 is attached, and the drive IC 24 is mounted on the IC connection portion 22. After that, as shown in (F), the substrate 11 is ground to form a liquid chamber 25, and a liquid contact film 26 is formed on the inner side surface of the liquid chamber 25. The piezoelectric actuator is constructed by the above steps.

上述のような従来の方法で製造された圧電アクチュエータは、駆動時にピンホールが生じ、基板成分のシリコンが液室内のインクに溶出してしまうという問題があった。
この問題対し、液室25の側壁からの基板成分溶出を防止するための工程を行うことが好ましく、例えば、特許文献1のように液室の内壁部となる溝部を予め形成し、充填材を充填し、熱処理を行う方法を適用することができる。
熱処理により、液室側壁に酸化膜(SiO)が形成されれば、インクに対するシリコンの溶出速度は約1/2000となり、溶出抑制が可能になると考えられる。
The piezoelectric actuator manufactured by the conventional method as described above has a problem that pinholes are generated at the time of driving and silicon as a substrate component is eluted into the ink in the liquid chamber.
To deal with this problem, it is preferable to carry out a step for preventing the substrate component from elution from the side wall of the liquid chamber 25. For example, as in Patent Document 1, a groove portion to be an inner wall portion of the liquid chamber is formed in advance to form a filler. A method of filling and heat treatment can be applied.
If the oxide film (SiO 2 ) is formed on the side wall of the liquid chamber by the heat treatment, the elution rate of silicon with respect to the ink becomes about 1/2000, and it is considered that elution can be suppressed.

しかしながら、特許文献1のように、溝部に充填材を充填する工程を行った場合、アクチュエータ直下の振動板の平坦性は確保できるが、充填方法によっては圧電体膜の単結晶成膜性の低下や駆動時におけるクラック発生等の欠陥の原因を生じることがある。 However, when the step of filling the groove with the filler as in Patent Document 1, the flatness of the diaphragm directly under the actuator can be ensured, but the single crystal film forming property of the piezoelectric film is deteriorated depending on the filling method. It may cause defects such as cracks during driving.

上記欠陥の原因となる例を図2に示す。図2(A)〜(C)は、基板11上に形成した溝部30に充填材31を充填した態様を模式的に示したものである。
図2(A)に示すように、充填材31をスピンコートやスパッタで成膜した場合、溝部30の中央部でボイド32が発生することがある。また、図2(B)に示すように、充填材31を成膜した後、表面を研削して平坦に加工した場合、溝部30と充填材31との界面でチッピング33が発生し、ボイドとなることがある。さらに、図2(C)に示すように、溝部30に充填材31をインクジェット等で直接挿入した場合、充填材31の表面張力の関係から凸部34やボイド32が発生することがある。
An example that causes the above defect is shown in FIG. 2 (A) to 2 (C) schematically show an embodiment in which the filler 31 is filled in the groove 30 formed on the substrate 11.
As shown in FIG. 2A, when the filler 31 is formed into a film by spin coating or sputtering, a void 32 may be generated in the central portion of the groove portion 30. Further, as shown in FIG. 2B, when the filler 31 is formed into a film and then the surface is ground to be flat, chipping 33 is generated at the interface between the groove 30 and the filler 31, and the void is formed. May become. Further, as shown in FIG. 2C, when the filler 31 is directly inserted into the groove 30 by inkjet or the like, convex portions 34 and voids 32 may be generated due to the surface tension of the filler 31.

以下、本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法について、図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。 Hereinafter, a method for manufacturing a piezoelectric actuator according to the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the embodiments shown below, and can be modified within the range conceivable by those skilled in the art, such as other embodiments, additions, modifications, and deletions. However, as long as the action and effect of the present invention are exhibited, it is included in the scope of the present invention.

本実施形態にかかる圧電アクチュエータユニットの製造方法は、液滴を吐出するノズルと連通する液室と、前記液室の一部を構成する振動板に振動を付与して前記液室に圧力変化を発生させる圧電アクチュエータとを有する液体吐出ヘッドに用いられる圧電アクチュエータユニットの製造方法である。
本実施形態の製造方法は、少なくとも液室25が形成される基板(シリコン基板)11上に振動板12を形成する工程と、シリコン基板11に対し、振動板形成面の対向面11aから、液室25を区画する側壁(液室側壁)14を形成するための溝部13を形成する工程(図4)と、溝部13の表面を熱酸化し、酸化物13aにより溝部13を充填する工程(図5)と、振動板12上に電極を形成する工程(図6)と、振動板12上にフレ−ム23を形成する工程と、シリコン基板11の溝部13に囲まれた液室部分及び溝部13の酸化物13aを除去して液室25を形成する工程(図10)と、をこの順に含む。
In the method for manufacturing a piezoelectric actuator unit according to the present embodiment, vibration is applied to a liquid chamber communicating with a nozzle for ejecting droplets and a vibrating plate constituting a part of the liquid chamber to cause a pressure change in the liquid chamber. It is a method of manufacturing a piezoelectric actuator unit used for a liquid discharge head having a piezoelectric actuator to generate.
The manufacturing method of the present embodiment is a step of forming the diaphragm 12 on the substrate (silicon substrate) 11 on which the liquid chamber 25 is formed, and the liquid from the facing surface 11a of the diaphragm forming surface with respect to the silicon substrate 11. A step of forming the groove 13 for forming the side wall (liquid chamber side wall) 14 for partitioning the chamber 25 (FIG. 4) and a step of thermally oxidizing the surface of the groove 13 and filling the groove 13 with the oxide 13a (FIG. 4). 5), a step of forming an electrode on the diaphragm 12 (FIG. 6), a step of forming a frame 23 on the diaphragm 12, and a liquid chamber portion and a groove portion surrounded by a groove portion 13 of the silicon substrate 11. The step of removing the oxide 13a of 13 to form the liquid chamber 25 (FIG. 10) is included in this order.

全体の流れとしては、図4に示すように基板11上に振動板12を形成し、対向面11aから液室側壁形成のための溝部13をエッチングにより形成し、図5に示すように、液室側壁14を形成する。次に、図6に示すように振動板12上に下部電極15、圧電材料16及び上部電極17を成膜し、図7の形状に成形する。その上に図8のように保護膜18及び配線層19を構築し、図8に示すように絶縁膜20を成膜し、インク流路21及びIC接続部22を設ける。その後、図9に示すようにフレーム23を貼り付け、IC接続部22上に駆動用IC24を搭載する。その後、図10に示すように基板11を研削し、液室25を形成した後、液室の内側面に接液膜26を成膜する。以上の工程により圧電アクチュエータユニットが完成する。 As the overall flow, the diaphragm 12 is formed on the substrate 11 as shown in FIG. 4, the groove portion 13 for forming the side wall of the liquid chamber is formed by etching from the facing surface 11a, and the liquid is formed as shown in FIG. The chamber side wall 14 is formed. Next, as shown in FIG. 6, a lower electrode 15, a piezoelectric material 16 and an upper electrode 17 are formed on the diaphragm 12 and formed into the shape of FIG. 7. A protective film 18 and a wiring layer 19 are constructed on the protective film 18 as shown in FIG. 8, an insulating film 20 is formed as shown in FIG. 8, and an ink flow path 21 and an IC connection portion 22 are provided. After that, as shown in FIG. 9, the frame 23 is attached, and the drive IC 24 is mounted on the IC connection portion 22. Then, as shown in FIG. 10, the substrate 11 is ground to form the liquid chamber 25, and then the wetted film 26 is formed on the inner side surface of the liquid chamber. The piezoelectric actuator unit is completed by the above steps.

本実施形態の製造方法では、図3(A)に示すように、基板11上に振動板12を形成した後、図3(B)に示すように振動板形成面の対向面11aから溝部13を形成し、図3(C)に示すように溝部13の表面を熱酸化し、酸化物13aにより溝部13を充填する工程を有する。
溝部13の形成は、振動板12の形成後に行われるため、振動板12は全面が平坦な状態が維持され、図2に示したような圧電アクチュエータ近傍のボイドや段差の発生が改善され、圧電体の均一な単結晶膜を形成でき、かつ駆動中のクラックの発生も抑制される。
In the manufacturing method of the present embodiment, after the diaphragm 12 is formed on the substrate 11 as shown in FIG. 3A, the groove portion 13 is formed from the facing surface 11a of the diaphragm forming surface as shown in FIG. 3B. As shown in FIG. 3C, the surface of the groove 13 is thermally oxidized, and the groove 13 is filled with the oxide 13a.
Since the groove portion 13 is formed after the diaphragm 12 is formed, the entire surface of the diaphragm 12 is maintained in a flat state, the generation of voids and steps in the vicinity of the piezoelectric actuator as shown in FIG. 2 is improved, and the piezoelectricity is formed. It is possible to form a uniform single crystal film of the body, and the generation of cracks during driving is also suppressed.

以下、図4〜図10に基づき、本実施形態にかかる圧電アクチュエータユニットの製造方法の工程を詳しく説明する。各図の上段は短手断面、下段は長手断面を示している。 Hereinafter, the process of the method for manufacturing the piezoelectric actuator unit according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 10. The upper part of each figure shows a short cross section, and the lower part shows a long cross section.

まず、図4及び図5に示す工程の構成について説明する。
基板11の材料としては、シリコン単結晶基板を用いることが好ましく、通常100〜650μmの厚みを持つことが好ましい。面方位としては、(100)、(110)、(111)と3種あるが、半導体産業では一般的に(100)、(111)が広く使用されており、本実施形態においては(100)基板を用いる。
First, the configuration of the process shown in FIGS. 4 and 5 will be described.
As the material of the substrate 11, it is preferable to use a silicon single crystal substrate, and it is usually preferable to have a thickness of 100 to 650 μm. There are three types of plane orientations, (100), (110), and (111), but (100) and (111) are generally widely used in the semiconductor industry, and (100) in the present embodiment. Use a substrate.

振動板12は、圧電材料16によって発生した力を受け、変形変位して液室25のインク滴を吐出させる部材であるため、所定の強度を有したものであることが好ましい。
振動板12の材料としては、Si、SiO、SiをCVD法により作製したものが挙げられる。さらに、Siとのエッチング選択比が高く、かつアクチュエータ(下部電極15、圧電材料16、及び上部電極17)の線膨張係数に近い材料を選択することが好ましい。
本実施形態において振動板12は、基板11との界面がエッチングストップ層として用いられることから、SiOやSiを第一層として用いることが好ましい。
Since the diaphragm 12 is a member that receives the force generated by the piezoelectric material 16 and is deformed and displaced to eject the ink droplets of the liquid chamber 25, it is preferable that the diaphragm 12 has a predetermined strength.
Examples of the material of the diaphragm 12 include those made of Si, SiO 2 , and Si 3 N 4 by the CVD method. Further, it is preferable to select a material having a high etching selectivity with Si and having a coefficient of linear expansion close to that of the actuator (lower electrode 15, piezoelectric material 16, and upper electrode 17).
In the present embodiment, since the interface with the substrate 11 is used as the etching stop layer in the diaphragm 12, it is preferable to use SiO 2 or Si 3 N 4 as the first layer.

振動板12の線膨張係数としては、圧電材料16において一般的に材料としてPZTが使用されることから、線膨張係数8×10−6(1/K)に近い線膨張係数として、5×10−6〜10×10−6の線膨張係数を有した材料が好ましく、さらには7×10−6〜9×10−6の線膨張係数を有した材料がより好ましい。 As the coefficient of linear expansion of the vibrating plate 12, since PZT is generally used as the material in the piezoelectric material 16, the coefficient of linear expansion close to 8 × 10 −6 (1 / K) is 5 × 10. A material having a linear expansion coefficient of -6 to 10 × 10 -6 is preferable, and a material having a linear expansion coefficient of 7 × 10 -6 to 9 × 10 -6 is more preferable.

形成される膜厚としては0.1〜10μmが好ましく、0.5〜3μmがさらに好ましい。膜厚が0.1μm未満または10μmを超える場合、変形しにくくなり、インク滴の吐出が不安定になる。 The film thickness to be formed is preferably 0.1 to 10 μm, more preferably 0.5 to 3 μm. If the film thickness is less than 0.1 μm or more than 10 μm, it becomes difficult to deform and the ejection of ink droplets becomes unstable.

また、振動板12は、引張応力あるいは圧縮応力を備える複数の膜をLPCVDにより積層させることで構築されていることが好ましい。単層膜の例としてはSOIウェハが挙げられるが、ウェハコストが非常にかかり、また曲げ剛性を揃えようとした時に任意の膜応力に設定することができない。これに対し、積層された振動板の場合、その積層構成を最適化することにより、振動板12の剛性と膜応力を所望の値に設定する自由度を得ることができる。積層化と膜厚、及び積層構成の組み合わせにより振動板12の全体の剛性と応力の制御を実現できることから、圧電アクチュエータを構成する層の材料及び膜厚に適時対応でき、焼成温度による振動板12の剛性及び応力の変動を低減させることができる。このように安定した振動板12を形成することにより、液体吐出ヘッドに適用したとき、高精度な液滴吐出特性と安定した吐出を実現することができる。 Further, the diaphragm 12 is preferably constructed by laminating a plurality of films having tensile stress or compressive stress by LPCVD. An example of a single-layer film is an SOI wafer, but the wafer cost is very high, and it is not possible to set an arbitrary film stress when trying to make the bending rigidity uniform. On the other hand, in the case of the laminated diaphragm, by optimizing the laminated configuration, the degree of freedom to set the rigidity and the film stress of the diaphragm 12 to desired values can be obtained. Since the overall rigidity and stress of the diaphragm 12 can be controlled by combining the stacking, the film thickness, and the laminated configuration, the material and film thickness of the layers constituting the piezoelectric actuator can be adjusted in a timely manner, and the diaphragm 12 can be adjusted according to the firing temperature. Fluctuations in rigidity and stress can be reduced. By forming the stable diaphragm 12 in this way, it is possible to realize highly accurate droplet ejection characteristics and stable ejection when applied to a liquid ejection head.

液室側壁14を形成する溝部13は、Siエッチングにより形成される。
Siのエッチングとしては、例えば、ウェットエッチング及びドライエッチングが一般的であるが、パターン形状の自由度を考慮すると、本実施形態においてはドライエッチングが好ましい。
The groove portion 13 forming the liquid chamber side wall 14 is formed by Si etching.
As the etching of Si, for example, wet etching and dry etching are generally used, but in consideration of the degree of freedom of the pattern shape, dry etching is preferable in this embodiment.

溝部13の幅は適宜選択することができるが、アスペクト比が高すぎると、形状の不安定化やその後の工程において充填を行う場合に成膜不具合を起こすことがあるため、適切なアスペクト比を選択することが好ましい。 The width of the groove portion 13 can be appropriately selected, but if the aspect ratio is too high, the shape may become unstable and a film forming defect may occur when filling is performed in the subsequent process. Therefore, an appropriate aspect ratio should be selected. It is preferable to select.

溝部13の表面を熱酸化し、酸化物により溝部13を充填する工程を行うことにより、液室側壁14は、金属酸化物もしくはSi酸化物により構成される。酸化物は定常状態においても、酸・塩基中においても安定な挙動を示すものが多いため好ましい。
溝部13の表面を熱酸化することにより、緻密なシリコン酸化膜が形成される。溝部13のアスペクト比が大きい場合は、熱酸化による表面の膜厚増大効果により溝部13が充填される。一方、溝部13のアスペクト比が小さい場合、熱酸化工程後に、別途充填する工程が必要となる。溝部13を酸化物により充填する方法としては、CVDやALD、スパッタに代表される成膜方法が挙げられる。
なお、熱酸化を行う際、溝部13内側の残渣物は薬液等で除去する必要がある。
The liquid chamber side wall 14 is made of a metal oxide or a Si oxide by performing a step of thermally oxidizing the surface of the groove portion 13 and filling the groove portion 13 with an oxide. Oxides are preferable because many of them exhibit stable behavior both in a steady state and in acids and bases.
By thermally oxidizing the surface of the groove portion 13, a dense silicon oxide film is formed. When the aspect ratio of the groove portion 13 is large, the groove portion 13 is filled due to the effect of increasing the film thickness of the surface by thermal oxidation. On the other hand, when the aspect ratio of the groove portion 13 is small, a separate filling step is required after the thermal oxidation step. Examples of the method of filling the groove portion 13 with an oxide include a film forming method typified by CVD, ALD, and sputtering.
When performing thermal oxidation, it is necessary to remove the residue inside the groove 13 with a chemical solution or the like.

次に図6に示す工程の構成について説明する。
下部電極15及び上部電極17は、金属材料と密着層から成り立っている。
金属材料としては、耐食性に優れているPt、Ir、Rh、及びこれらの合金膜が挙げられる。これらの金属は、下地(特にSiO)との密着性が悪いために、Ti、TiO2、Ta、Ta、Ta等を先に積層し、電極下地層とすることが好ましい。
Next, the configuration of the process shown in FIG. 6 will be described.
The lower electrode 15 and the upper electrode 17 are made of a metal material and an adhesion layer.
Examples of the metal material include Pt, Ir, Rh, which have excellent corrosion resistance, and alloy films thereof. These metals, due to poor adhesion to the underlying (in particular SiO 2), Ti, TiO2, Ta, Ta 2 O 5, by laminating a Ta 3 N 5 and the like previously, it is preferable that the electrode foundation layer ..

下部電極15及び上部電極17の作製方法としては、スパッタ法や真空蒸着等の真空成膜が挙げられる。
形成される膜厚としては、0.05〜1μmが好ましく、0.1〜0.5μmがさらに好ましい。
Examples of the method for manufacturing the lower electrode 15 and the upper electrode 17 include vacuum film formation such as a sputtering method and vacuum vapor deposition.
The film thickness to be formed is preferably 0.05 to 1 μm, more preferably 0.1 to 0.5 μm.

また、圧電材料16の変位の経時的な疲労特性に対する懸念から、下部電極15及び上部電極17と圧電材料16との間に、ルテニウム酸ストロンチウムなどの導電性酸化物を電極部として積層することが好ましい。 Further, due to concerns about the fatigue characteristics of the displacement of the piezoelectric material 16 over time, a conductive oxide such as strontium ruthenate may be laminated as an electrode portion between the lower electrode 15 and the upper electrode 17 and the piezoelectric material 16. preferable.

圧電材料16としては、主にチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を使用した。
PZTとはジルコン酸鉛(PbZrO)とチタン酸(PbTiO)の固溶体で、その比率により特性が異なる。一般的に優れた圧電特性を示す組成は、PbZrOとPbTiOの比率が53:47の割合であり、化学式で示すとPb(Zr0.53,Ti0.47)O、一般PZT(53/47)と示される。より大きな変位量をえるために、Pb(Zr0.49,Ti0.51)Oとすることもできる。
As the piezoelectric material 16, lead zirconate titanate (PZT) was mainly used.
PZT is a solid solution of lead zirconate (PbZrO 3 ) and titanate (PbTiO 3 ), and its characteristics differ depending on the ratio. In general, the composition showing excellent piezoelectric properties is such that the ratio of PbZrO 3 to PbTiO 3 is 53:47, and the chemical formula shows Pb (Zr0.53, Ti0.47) O 3 and general PZT (53 /). 47). In order to obtain a larger amount of displacement, Pb (Zr0.49, Ti0.51) can also be O 3.

PZT以外の複合酸化物としては、チタン酸バリウムなどが挙げられる。この場合はバリウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体溶液を作製することも可能である。 Examples of the composite oxide other than PZT include barium titanate. In this case, it is also possible to prepare a barium titanate precursor solution by using a barium alkoxide or a titanium alkoxide compound as a starting material and dissolving it in a common solvent.

これら材料は一般式ABOで記述され、AとしてPb、Ba、Sr、BとしてTi、Zr、Sn、Ni、Zn、Mg、Nbを主成分とする複合酸化物が該当する。
その具体的な記述としては(Pb1−x,Ba)(Zr,Ti)O、(Pb)(Zr,Ti,Nb1−x−y)O等があり、前者はAサイトのPbを一部Baで置換した場合、後者はBサイトのZr、Tiを一部Nbで置換した場合である。このような置換は、PZTの変形特性(変位特性)の応用に向けた材料改質で行なわれる。
These materials are described by the general formula ABO 3 , and correspond to a composite oxide containing Pb, Ba, Sr as A and Ti, Zr, Sn, Ni, Zn, Mg, and Nb as main components of B.
Specific descriptions include (Pb 1-x , Ba x ) (Zr, Ti) O 3 , (Pb) (Zr x , T y , Nb 1-x-y ) O 3, etc., and the former is A. When Pb of the site is partially replaced with Ba, the latter is a case where Zr and Ti of the B site are partially replaced with Nb. Such substitution is performed by material modification for the application of the deformation characteristic (displacement characteristic) of PZT.

PZTの作製方法としては、スパッタ法、ゾルゲル法を用いてスピンコータにて作製する方法が挙げられる。この場合、パターニング化が必要となるので、フォトリソエッチング等により所望のパターンを得る。 Examples of the method for producing PZT include a method for producing PZT by a spin coater using a sputtering method and a sol-gel method. In this case, patterning is required, so a desired pattern can be obtained by photolithography etching or the like.

PZTをゾルゲル法により作製した場合、酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、及びチタンアルコキシド化合物を出発材料とし、共通溶媒としてメトキシエタノールに溶解させて均一溶液を得ることで、PZT前駆体溶液が作製できる。金属アルコキシド化合物は大気中の水分により容易に加水分解してしまうので、該前駆体溶液に安定化剤としてアセチルアセトン、酢酸、ジエタノールアミンなどを適量添加しても良い。 When PZT is prepared by the sol-gel method, a PZT precursor solution can be prepared by using lead acetate, zirconium alkoxide, and a titanium alkoxide compound as starting materials and dissolving them in methoxyethanol as a common solvent to obtain a uniform solution. Since the metal alkoxide compound is easily hydrolyzed by moisture in the atmosphere, an appropriate amount of acetylacetone, acetic acid, diethanolamine or the like may be added as a stabilizer to the precursor solution.

下地基板全面にPZT膜を得る場合は、スピンコートなどの溶液塗布法により塗膜を形成し、溶媒乾燥、熱分解、結晶化の各々の熱処理を施すことにより得られる。塗膜から結晶化膜への変態には体積収縮が伴うので、クラックフリーな膜を得るには、一度の工程で100nm以下の膜厚が得られるように濃度の調整が必要となる。 When a PZT film is obtained on the entire surface of the underlying substrate, it is obtained by forming a coating film by a solution coating method such as spin coating and performing heat treatments of solvent drying, thermal decomposition, and crystallization. Since the transformation from the coating film to the crystallized film is accompanied by volume shrinkage, it is necessary to adjust the concentration so that a film thickness of 100 nm or less can be obtained in one step in order to obtain a crack-free film.

膜厚としては0.5〜5μmが好ましく、1μm〜2μmがより好ましい。0.5μmよりも小さいと十分な変位を発生することが出来なくなり、5μmを超える場合は積層工程数が多くなりプロセス時間が長くなる。 The film thickness is preferably 0.5 to 5 μm, more preferably 1 μm to 2 μm. If it is smaller than 0.5 μm, sufficient displacement cannot be generated, and if it exceeds 5 μm, the number of laminating steps increases and the process time becomes long.

次に、図7に示す工程の構成について説明する。
保護膜18の材料としては、酸化物や窒化物を用いることが好ましい。特にAlは耐候性や耐薬品性に優れており、保護膜18の材料として特に適している。
保護膜18の厚さは、保護を目的とした場合は厚いほうが望ましいが、アクチュエータの駆動部であるPZT上に保護膜が厚く堆積するとアクチュエータの特性を損なうこととなってしまう。そのため、膜厚としては基本的には30nm〜100nmが好ましく、60nm〜90nmがより好ましい。また、Alを保護膜18として用いる場合、その膜は非常に緻密である必要がある。そのため、製法としてはスパッタ法ではなくALD法を用いることが好ましい。
Next, the configuration of the process shown in FIG. 7 will be described.
As the material of the protective film 18, it is preferable to use an oxide or a nitride. In particular, Al 2 O 3 has excellent weather resistance and chemical resistance, and is particularly suitable as a material for the protective film 18.
The thickness of the protective film 18 is preferably thick for the purpose of protection, but if the protective film is thickly deposited on the PZT which is the driving part of the actuator, the characteristics of the actuator will be impaired. Therefore, the film thickness is basically preferably 30 nm to 100 nm, and more preferably 60 nm to 90 nm. Further, when Al 2 O 3 is used as the protective film 18, the film needs to be very dense. Therefore, it is preferable to use the ALD method instead of the sputtering method as the production method.

配線層19の材料としては、貴金属材料を用いることが好ましい。半導体やMEMSデバイスでは主にAl、Cu、AlとCuの合金が用いられることが多いが、本実施形態においては、ウェットエッチング時に配線の一部がエッチング液に暴露されてしまうため、エッチング液に溶解しないAuやPt等の貴金属が用いられる。
配線層19の膜厚は、図6の工程で形成されたアクチュエータの段差を被覆するために十分な膜厚である必要があり、100nm以上であることが好ましい。
As the material of the wiring layer 19, it is preferable to use a precious metal material. Al, Cu, and alloys of Al and Cu are often used in semiconductors and MEMS devices, but in this embodiment, a part of the wiring is exposed to the etching solution during wet etching, so the etching solution is used. Noble metals such as Au and Pt that do not dissolve are used.
The film thickness of the wiring layer 19 needs to be a film thickness sufficient to cover the step of the actuator formed in the step of FIG. 6, and is preferably 100 nm or more.

次に、図8に示す工程の構成について説明する。
絶縁膜20は、図7の工程で形成した保護膜18と同様に酸化膜および窒化膜が好ましい。また、膜厚としては20nm〜50nmが好ましい。
Next, the configuration of the process shown in FIG. 8 will be described.
As the insulating film 20, an oxide film and a nitride film are preferable as in the protective film 18 formed in the step of FIG. The film thickness is preferably 20 nm to 50 nm.

インク流路21は、ドライエッチングにより形成される。このインク流路21に対し、対向して裏面から液室25を形成することで、アクチュエータをインクジェットとして機能させることが可能となる。インク流路21や液室25には、インク流量を制御する流体抵抗を形成する場合もある。
IC接続部22は、インク流路21と同時に加工することにより形成することができる。
The ink flow path 21 is formed by dry etching. By forming the liquid chamber 25 from the back surface facing the ink flow path 21, the actuator can function as an inkjet. A fluid resistance that controls the ink flow rate may be formed in the ink flow path 21 and the liquid chamber 25.
The IC connection portion 22 can be formed by processing at the same time as the ink flow path 21.

次に、図9に示す工程の構成について説明する。
フレーム23は、シリコン基板を用いて形成される。具体的には、インク流路21やIC接続部22といった基板11を貫通している部分と、アクチュエータを封止するための空隙をエッチングにて形成した後、表面をSiOで保護することにより作製する。
Next, the configuration of the process shown in FIG. 9 will be described.
The frame 23 is formed by using a silicon substrate. Specifically, a portion penetrating the substrate 11 such as the ink flow path 21 and the IC connection portion 22 and a gap for sealing the actuator are formed by etching, and then the surface is protected by SiO 2. To make.

駆動用IC24は、図8の工程により形成されたIC接続部22と電気的に接続される。
本実施形態においては、スタッドバンプにより金のバンプを駆動用IC24およびIC接続部22それぞれに作製した後、フリップチップボンダーにより電気的に接続する。
The drive IC 24 is electrically connected to the IC connection portion 22 formed by the process of FIG.
In the present embodiment, gold bumps are formed in the driving IC 24 and the IC connection portion 22 by the stud bumps, and then electrically connected by the flip chip bonder.

次に、図10に示す工程の構成について説明する。
液室25は、ドライエッチングにより形成される。具体的には、基板11の最表面のSiOをドライエッチングで取り除いた後、溝部13に囲まれた内部のSiをドライエッチングで取り除くことにより形成される。
Next, the configuration of the process shown in FIG. 10 will be described.
The liquid chamber 25 is formed by dry etching. Specifically, it is formed by removing the SiO 2 on the outermost surface of the substrate 11 by dry etching and then removing the internal Si surrounded by the groove 13 by dry etching.

ドライエッチングの方法としては、ボッシュプロセスが挙げられる。ボッシュプロセスを用いることで、擬似的に異方性エッチングを行うことが可能であり、レジストパターンに応じた孔を基板に垂直に形成することができる。 Examples of the dry etching method include a Bosch process. By using the Bosch process, it is possible to perform pseudo anisotropic etching, and holes corresponding to the resist pattern can be formed perpendicularly to the substrate.

接液膜26は、金属酸化物の緻密な膜からなることが好ましく、またタンタル及びジルコニウムの少なくともいずれかを含むことが好ましい。
緻密な膜の形成方法としては、金属原子と酸素原子を交互に成膜して酸化膜を形成するALDを用いる方法が挙げられる。
The wetted film 26 is preferably made of a dense film of a metal oxide, and preferably contains at least one of tantalum and zirconium.
Examples of the method for forming a dense film include a method using ALD in which metal atoms and oxygen atoms are alternately formed to form an oxide film.

以上の工程を有する製造方法により、液室のピンホールの発生と基板成分の溶出が抑制されるともに、信頼性が損なわれることがなく、液体吐出ヘッドにおいて安定した吐出性能を実現することができる圧電アクチュエータユニットが得られる。 By the manufacturing method having the above steps, the generation of pinholes in the liquid chamber and the elution of substrate components are suppressed, the reliability is not impaired, and stable discharge performance can be realized in the liquid discharge head. A piezoelectric actuator unit can be obtained.

以下、具体的な実施例について、比較例とともに説明する。 Hereinafter, specific examples will be described together with comparative examples.

〔実施例1〕
基板11として厚さ300μmの(100)シリコンウエハ上に、SiO(膜厚600nm)、Si(膜厚250nm)、SiO(膜厚600nm)、Si(膜厚200nm)、SiO(膜厚500nm)の積層膜からなる振動板12を形成した。
[Example 1]
On a (100) silicon wafer having a thickness of 300 μm as the substrate 11, SiO 2 (thickness 600 nm), Si 3 N 4 (thickness 250 nm), SiO 2 (thickness 600 nm), Si (thickness 200 nm), SiO 2 A diaphragm 12 made of a laminated film (thickness 500 nm) was formed.

その後、基板11の振動板形成面の対向面に、フォトレジストで液室側壁14を形成するための溝部13(幅5μm)のパターニングを行い、ドライエッチングにて溝部13の形成を行った。 After that, the groove portion 13 (width 5 μm) for forming the liquid chamber side wall 14 was patterned on the facing surface of the diaphragm 11 from the diaphragm forming surface, and the groove portion 13 was formed by dry etching.

次いで、熱酸化炉にて24時間の熱酸化を行った。溝部13の表面のシリコンを熱酸化させて厚さ2.5μmの酸化物からなる熱酸化膜を形成し、溝部13を充填した。溝部13が埋没した状態で基板の表面(振動板形成面の対向面)を研磨し平坦化した。 Then, thermal oxidation was performed for 24 hours in a thermal oxidation furnace. The silicon on the surface of the groove 13 was thermally oxidized to form a thermal oxide film made of an oxide having a thickness of 2.5 μm, and the groove 13 was filled. The surface of the substrate (opposite surface of the diaphragm forming surface) was polished and flattened with the groove portion 13 buried.

次に、振動板12表面のSiO層に対してプラズマで表面処理を行った後、これに電極下地層として、Tiを20nm成膜し、RTA(急速熱処理)により700℃でTiO膜を作製した。TiO膜は、SiOと電極(Pt膜)の間の密着層としての役割を有する。
次いで下部電極15としてPt膜(膜厚160nm)を成膜した後、圧電材料16の配向を制御するシード層としてスピンコート法により7nmのPbTiOを成膜した。
Next, after surface-treating the SiO 2 layer on the surface of the diaphragm 12 with plasma, a 20 nm film of Ti was formed on the SiO 2 layer as an electrode base layer, and a TiO 2 film was formed at 700 ° C. by RTA (rapid heat treatment). Made. The TiO 2 film has a role as an adhesion layer between SiO 2 and the electrode (Pt film).
Next, a Pt film (thickness 160 nm) was formed as the lower electrode 15, and then a 7 nm PbTiO 3 was formed as a seed layer for controlling the orientation of the piezoelectric material 16 by a spin coating method.

圧電材料16を構成するPZT膜の材料として、Pb:Zr:Ti=150:49:51の組成比で調合した塗布液を調製した。
出発材料として、酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムを用いた。酢酸鉛の結晶水はメトキシエタノールに溶解後、脱水した。化学両論組成に対し鉛量を過剰にしてある。これは熱処理中のいわゆる鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムをメトキシエタノールに溶解し、アルコール交換反応、エステル化反応を進め、酢酸鉛を溶解したメトキシエタノール溶液と混合することでPZT前駆体溶液を合成した。PZT濃度は0.3mol/Lとした。
As a material for the PZT film constituting the piezoelectric material 16, a coating liquid prepared with a composition ratio of Pb: Zr: Ti = 150: 49: 51 was prepared.
Lead acetate trihydrate, isopropoxide titanium, and isopropoxide zirconium were used as starting materials. The water of crystallization of lead acetate was dissolved in methoxyethanol and then dehydrated. The amount of lead is excessive for the composition of both chemistry. This is to prevent a decrease in crystallinity due to so-called lead loss during heat treatment. A PZT precursor solution was synthesized by dissolving isopropoxide titanium and isopropoxide zirconium in methoxyethanol, proceeding with an alcohol exchange reaction and an esterification reaction, and mixing with a methoxyethanol solution in which lead acetate was dissolved. The PZT concentration was 0.3 mol / L.

得られた溶液をスピンコート法により塗布した後、ホットプレートにより120℃乾燥→500℃熱分解を行った。
3層目の熱分解処理後に、結晶化熱処理(温度730℃)をRTAにて行った。このときPZTの膜厚は250nmであった。
この工程を計8回(24層)実施し、膜厚が約2.0μmのPZT膜厚を得た。
After applying the obtained solution by a spin coating method, drying at 120 ° C. → thermal decomposition at 500 ° C. was performed on a hot plate.
After the thermal decomposition treatment of the third layer, a crystallization heat treatment (temperature 730 ° C.) was performed by RTA. At this time, the film thickness of PZT was 250 nm.
This step was carried out a total of 8 times (24 layers) to obtain a PZT film thickness of about 2.0 μm.

次に上部電極17としてSrRuO膜(膜厚40nm)、Pt膜(膜厚125nm)を順次スパッタ成膜した。スパッタ成膜時の基板温度は300℃とした。SrRuO膜には、RTA処理にて酸素雰囲気中で550℃/300sのポストアニール処理をした。 Next, as the upper electrode 17, an SrRuO 3 film (film thickness 40 nm) and a Pt film (film thickness 125 nm) were sequentially sputtered. The substrate temperature at the time of sputter film formation was 300 ° C. The SrRuO 3 membrane was post-annealed at 550 ° C./300 s in an oxygen atmosphere by RTA treatment.

次いで、フォトレジストをスピンコート法で成膜し、通常のフォトリソグラフィーでレジストパターンを形成した後、ICPエッチング装置を用いてPZT並びに電極のエッチングを行った。 Next, a photoresist was formed into a film by a spin coating method, a resist pattern was formed by ordinary photolithography, and then PZT and electrodes were etched using an ICP etching apparatus.

その後、保護膜18として50nmのAl、配線層19として5μmのAl、絶縁膜20として50μmのSiOを成膜とエッチングを順次行なうことにより形成し、続いてインク流路21をエッチングにより形成した。 After that, 50 nm Al 2 O 3 as the protective film 18, 5 μm Al as the wiring layer 19, and 50 μm SiO 2 as the insulating film 20 are formed by sequentially forming and etching, and then the ink flow path 21 is etched. Formed by.

フレーム23は貫通部と非貫通部に分けられ、400μmのSi基板に対し、非貫通部形成のためのハードマスクを形成した後、貫通部のレジストマスクを形成し、先に貫通部を形成した後レジストマスクを除去し、ハードマスクで非貫通部の形成を行うことにより作製した。 The frame 23 is divided into a penetrating portion and a non-penetrating portion. After forming a hard mask for forming the non-penetrating portion on a 400 μm Si substrate, a resist mask for the penetrating portion is formed, and the penetrating portion is formed first. After that, the resist mask was removed, and a non-penetrating portion was formed with a hard mask.

上述の方法で先に作製されたアクチュエータを備えたウェハに対し、フレーム23を接着剤で接着し、配線層19と駆動用IC24をフリップチップ接続し、樹脂で接続部を埋没させた後、ウェハ裏面(基板11の振動板形成面の対向面)から高さ75μmとなるまで研削を行った。 The frame 23 is bonded to the wafer provided with the actuator previously manufactured by the above method with an adhesive, the wiring layer 19 and the driving IC 24 are flip-chip connected, and the connection portion is embedded with resin, and then the wafer is used. Grinding was performed from the back surface (the surface facing the diaphragm forming surface of the substrate 11) to a height of 75 μm.

次いで、液室25をドライエッチングで形成した。
形成された液室25の内側に接液膜26として50nmのTa膜をALDで成膜し、圧電アクチュエータユニットを完成させた。
Next, the liquid chamber 25 was formed by dry etching.
A 50 nm Ta 2 O 5 film was formed as a wetted film 26 on the inside of the formed liquid chamber 25 by ALD to complete the piezoelectric actuator unit.

〔比較例1〕
実施例1の圧電アクチュエータユニットの製造方法において、基板11一方の表面にフォトレジストで液室側壁14を形成するための溝部13(幅5μm)のパターニングを行い、ドライエッチングにて溝部13の形成を行い、熱酸化炉にて24時間の熱酸化を行って溝部13を酸化物により充填し、溝部13が埋没した状態とした後、振動板12を成膜した以外は、実施例1と同様にして圧電アクチュエータユニットを作製した。
[Comparative Example 1]
In the method for manufacturing the piezoelectric actuator unit of Example 1, the groove portion 13 (width 5 μm) for forming the liquid chamber side wall 14 with the photoresist is patterned on one surface of the substrate 11, and the groove portion 13 is formed by dry etching. Then, thermal oxidation was performed for 24 hours in a thermal oxidation furnace to fill the groove 13 with an oxide so that the groove 13 was buried, and then a vibrating plate 12 was formed in the same manner as in Example 1. The piezoelectric actuator unit was manufactured.

〔比較例2〕
実施例1の圧電アクチュエータユニットの製造方法において、液室側壁14を形成するための溝部13の形成を行わない以外は、実施例1と同様にして圧電アクチュエータユニットを作製した。
[Comparative Example 2]
In the method for manufacturing the piezoelectric actuator unit of Example 1, the piezoelectric actuator unit was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the groove portion 13 for forming the liquid chamber side wall 14 was not formed.

〔評価〕
上述の実施例1、比較例1及び比較例2により作製した圧電アクチュエータユニットについて、性能を評価するために以下の試験を行った。
〔evaluation〕
The following tests were conducted to evaluate the performance of the piezoelectric actuator units manufactured according to Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 described above.

(1)基板成分溶出試験
製造された圧電アクチュエータユニットの液室の内壁面に傷を付け、ピンホールを生じさせた。ピンホール箇所が浸るように、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各インクに72時間浸漬させた後、液室を区画する隔壁の厚みを測定し、浸漬前の厚みと比較した。ピンホール箇所からの基板成分の溶出により隔壁厚みは減衰するものと考えられる。
浸漬後の隔壁の厚みの減衰量が5nm未満であれば合格(評価:○)とし、減衰量が5nm以上であれば不合格(評価:×)とした。結果を表1に示す。
(1) Substrate component elution test The inner wall surface of the liquid chamber of the manufactured piezoelectric actuator unit was scratched to cause pinholes. After immersing in each of yellow, cyan, magenta, and black inks for 72 hours so that the pinholes were immersed, the thickness of the partition partition for partitioning the liquid chamber was measured and compared with the thickness before immersion. It is considered that the partition wall thickness is attenuated by the elution of the substrate component from the pinhole location.
If the attenuation of the thickness of the partition wall after immersion was less than 5 nm, it was evaluated as acceptable (evaluation: ◯), and if the attenuation was 5 nm or more, it was rejected (evaluation: ×). The results are shown in Table 1.

Figure 0006977570
Figure 0006977570

表1に示すように、液室の側壁がSiOにより構成されている実施例1及び比較例1の方法で製造された圧電アクチュエータユニットにおいては、いずれのインクに対しても減衰量が5nm未満であった。一方、比較例2の方法により製造された圧電アクチュエータユニットにおいてはいずれも減衰量が5nm以上であり、インクへの基板成分の溶出のおそれがあることがわかった。 As shown in Table 1, in the piezoelectric actuator units manufactured by the methods of Example 1 and Comparative Example 1 in which the side wall of the liquid chamber is made of SiO 2, the attenuation is less than 5 nm for any of the inks. Met. On the other hand, it was found that the piezoelectric actuator units manufactured by the method of Comparative Example 2 had an attenuation of 5 nm or more, and there was a risk of elution of the substrate component into the ink.

(2)結晶性評価
製造された圧電アクチュエータユニットを構成する圧電材料について、X線回折のθ−2θ法による測定を行い、PZTの配向率の評価を行った。
配向率の定義は、PZTの(100)面、(110)面、(111)面の回折強度の百分率を算出し、(100)の配向率が98%以上となれば合格(評価:○)とし、98%未満であれば不合格(評価:×)とした。結果を表2に示す。
(2) Crystallinity evaluation The piezoelectric material constituting the manufactured piezoelectric actuator unit was measured by the θ-2θ method of X-ray diffraction, and the orientation rate of PZT was evaluated.
The definition of the orientation rate is to calculate the percentage of the diffraction intensity of the (100) plane, (110) plane, and (111) plane of PZT, and pass if the orientation ratio of (100) is 98% or more (evaluation: ○). If it was less than 98%, it was rejected (evaluation: ×). The results are shown in Table 2.

Figure 0006977570
Figure 0006977570

表2に示すように、実施例1及び比較例2の方法により製造された圧電アクチュエータユニットにおいては、PZT(100)の配向率がともに98%以上であったのに対し、比較例1の方法により製造された圧電アクチュエータユニットでは、PZT(100)の配向率は88%程度であった。比較例1の製造方法では、高品位な結晶性を有するPZT膜が形成されないことがわかった。 As shown in Table 2, in the piezoelectric actuator units manufactured by the methods of Example 1 and Comparative Example 2, the orientation ratio of PZT (100) was 98% or more, whereas the method of Comparative Example 1 was used. In the piezoelectric actuator unit manufactured by the above, the orientation ratio of PZT (100) was about 88%. It was found that the production method of Comparative Example 1 did not form a PZT film having high-quality crystallinity.

(3)耐久性評価
製造された圧電アクチュエータユニットに対し、印加電界150kV/cm、立ち上がり1μs、立ち下がり1μs、パルス幅4μs、100kHzのパルス波形を用いた連続駆動を行い、耐久性の評価を行った。変位はレーザードップラ振動計を用いて計測した。
駆動耐久性の評価は、破壊が生じるまでの駆動回数を測定し、10回以上であれば合格(評価:○)、10回未満であれば不合格(評価:×)とした。結果を表3に示す。
(3) Durability evaluation Durability is evaluated by continuously driving the manufactured piezoelectric actuator unit using a pulse waveform with an applied electric field of 150 kV / cm, rising edge of 1 μs, falling edge of 1 μs, pulse width of 4 μs, and 100 kHz. rice field. The displacement was measured using a laser Doppler vibrometer.
Evaluation of driving durability, the number of times of driving until breakdown occurs is measured, pass if more than 10 8 times (Evaluation: ○), if it is less than 10 8 times fail (rating: ×) and the. The results are shown in Table 3.

Figure 0006977570
Figure 0006977570

表3に示すように、実施例1及び比較例2の方法により製造された圧電アクチュエータユニットにおいては、破壊されるまでの駆動回数が10回以上であったのに対し、比較例1の方法により製造された圧電アクチュエータユニットは10回未満であった。 As shown in Table 3, in the piezoelectric actuator unit manufactured by the method of Example 1 and Comparative Example 2, while the number of times of driving until the destruction was more than 10 8 times, the method of Comparative Example 1 the piezoelectric actuator unit manufactured by was less than 10 8 times.

なお、合格基準に満たない回数で破壊された比較例1の方法により製造された圧電アクチュエータユニットについて、破壊された後のアクチュエータ周辺の電子顕微鏡写真を図12に示す。アクチュエータ周辺にクラックが発生していることがわかる。 FIG. 12 shows an electron micrograph around the actuator after the piezoelectric actuator unit manufactured by the method of Comparative Example 1 which was destroyed the number of times less than the acceptance criteria. It can be seen that cracks have occurred around the actuator.

以上の試験結果から、本実施形態にかかる実施例1の製造方法により製造された圧電アクチュエータユニットのみが、すべての評価において合格基準を満たすものであることがわかった。
本実施形態の圧電アクチュエータユニットの製造方法によれば、液室のピンホールの発生と基板成分の溶出が抑制されるともに、信頼性が損なわれることがなく、液体吐出ヘッドにおいて安定した吐出性能を実現することができる圧電アクチュエータユニットを製造することができる。
From the above test results, it was found that only the piezoelectric actuator unit manufactured by the manufacturing method of Example 1 according to the present embodiment satisfies the acceptance criteria in all the evaluations.
According to the method for manufacturing the piezoelectric actuator unit of the present embodiment, the generation of pinholes in the liquid chamber and the elution of substrate components are suppressed, the reliability is not impaired, and stable discharge performance is achieved in the liquid discharge head. It is possible to manufacture a piezoelectric actuator unit that can be realized.

次に、本発明に係る製造方法により製造された圧電アクチュエータユニットを備える液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置の一例について、図13及び図14に基づき説明する。
図13及び図14は、液体吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置であり、図13は斜視説明図、図14は機構部の側面説明図である。
Next, an example of an image forming apparatus provided with a liquid discharge head including a piezoelectric actuator unit manufactured by the manufacturing method according to the present invention will be described with reference to FIGS. 13 and 14.
13 and 14 are an inkjet recording device equipped with an inkjet head which is a liquid ejection head, FIG. 13 is a perspective explanatory view, and FIG. 14 is a side explanatory view of a mechanism portion.

このインクジェット記録装置は、記録装置本体81の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明を実施したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部82等を収納し、装置本体81の下方部には前方側から多数枚の用紙83を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい。)84を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙83を手差しで給紙するための手差しトレイ85を開倒することができ、給紙カセット84或いは手差しトレイ85から給送される用紙83を取り込み、印字機構部82によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ86に排紙する。 This inkjet recording device includes a carriage that can move in the main scanning direction inside the recording device main body 81, a recording head composed of an inkjet head according to the present invention mounted on the carriage, an ink cartridge that supplies ink to the recording head, and the like. A paper cassette (or a paper tray) 84 capable of loading a large number of sheets of paper 83 from the front side is freely mounted on the lower part of the apparatus main body 81 to accommodate the printing mechanism unit 82 or the like. In addition, the manual feed tray 85 for manually feeding the paper 83 can be opened and closed, and the paper 83 fed from the paper feed cassette 84 or the manual feed tray 85 is taken in by the printing mechanism unit 82. After recording the required image, the paper is discharged to the paper ejection tray 86 mounted on the rear surface side.

印字機構部82は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド91と従ガイドロッド92とでキャリッジ93を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ93にはイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出するインクジェットヘッドからなるヘッド94を複数のインク吐出口(ノズル)を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ93にはヘッド94に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ95を交換可能に装着している。
ヘッド94は本発明の製造方法により製造された圧電アクチュエータユニットを備える。
The printing mechanism unit 82 slidably holds the carriage 93 in the main scanning direction by the main guide rod 91 and the slave guide rod 92, which are guide members laid horizontally on the left and right side plates (not shown), and the carriage 93 is yellow. A head 94 composed of an inkjet head that ejects ink droplets of each color of (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk) is placed in a direction in which a plurality of ink ejection ports (nozzles) intersect the main scanning direction. They are arranged and mounted with the ink droplet ejection direction facing downward. Further, each ink cartridge 95 for supplying ink of each color to the head 94 is replaceably mounted on the carriage 93.
The head 94 includes a piezoelectric actuator unit manufactured by the manufacturing method of the present invention.

インクカートリッジ95は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド94を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個のヘッドでもよい。 The ink cartridge 95 has an atmosphere port that communicates with the atmosphere above, a supply port that supplies ink to the inkjet head below, and a porous body filled with ink inside, and the capillary force of the porous body. Keeps the ink supplied to the inkjet head at a slight negative pressure. Further, although the head 94 of each color is used here as the recording head, one head having a nozzle for ejecting ink droplets of each color may be used.

ここで、キャリッジ93は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド91に摺動自在に嵌装し、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド92に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ93を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ97で回転駆動される駆動プーリ98と従動プーリ99との間にタイミングベルト100を張装し、このタイミングベルト100をキャリッジ93に固定しており、主走査モータ97の正逆回転によりキャリッジ93が往復駆動される。 Here, the carriage 93 is slidably fitted on the main guide rod 91 on the rear side (downstream side in the paper transport direction) and slidably mounted on the slave guide rod 92 on the front side (upstream side in the paper transport direction). is doing. Then, in order to move and scan the carriage 93 in the main scanning direction, a timing belt 100 is stretched between the drive pulley 98 and the driven pulley 99 which are rotationally driven by the main scanning motor 97, and the timing belt 100 is mounted on the carriage 93. The carriage 93 is reciprocated by the forward and reverse rotation of the main scanning motor 97.

一方、給紙カセット84にセットした用紙83をヘッド94の下方側に搬送するために、給紙カセット84から用紙83を分離給装する給紙ローラ101及びフリクションパッド102と、用紙83を案内するガイド部材103と、給紙された用紙83を反転させて搬送する搬送ローラ104と、この搬送ローラ104の周面に押し付けられる搬送コロ105及び搬送ローラ104からの用紙83の送り出し角度を規定する先端コロ106とを設けている。搬送ローラ104は副走査モータ107によってギヤ列を介して回転駆動される。 On the other hand, in order to convey the paper 83 set in the paper cassette 84 to the lower side of the head 94, the paper 83 is guided to the paper feed roller 101 and the friction pad 102 that separate and supply the paper 83 from the paper feed cassette 84. A tip that defines a guide member 103, a transport roller 104 that inverts and transports the fed paper 83, and a transport roller 105 that is pressed against the peripheral surface of the transport roller 104 and a feed angle of the paper 83 from the transport roller 104. A roller 106 is provided. The transfer roller 104 is rotationally driven by the sub-scanning motor 107 via the gear train.

そして、キャリッジ93の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ104から送り出された用紙83を記録ヘッド94の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材109を設けている。この印写受け部材109の用紙搬送方向下流側には、用紙83を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ111、拍車112を設け、さらに用紙83を排紙トレイ86に送り出す排紙ローラ113及び拍車114と、排紙経路を形成するガイド部材115,116とを配設している。 A printing receiving member 109, which is a paper guide member for guiding the paper 83 sent out from the transport roller 104 on the lower side of the recording head 94 corresponding to the movement range of the carriage 93 in the main scanning direction, is provided. On the downstream side of the imprint receiving member 109 in the paper transport direction, a transport roller 111 and a spur 112 that are rotationally driven to feed the paper 83 in the paper discharge direction are provided, and further, the paper 83 is fed to the paper discharge tray 86. A roller 113, a spur 114, and guide members 115 and 116 forming a paper ejection path are arranged.

記録時には、キャリッジ93を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド94を駆動することにより、停止している用紙83にインクを吐出して1行分を記録し、用紙83を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙83の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙83を排紙する。 At the time of recording, by driving the recording head 94 in response to the image signal while moving the carriage 93, ink is ejected to the stopped paper 83 to record one line, and the paper 83 is conveyed in a predetermined amount and then next. Record the line of. When the recording end signal or the signal that the rear end of the paper 83 reaches the recording area is received, the recording operation is ended and the paper 83 is ejected.

また、キャリッジ93の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド94の吐出不良を回復するための回復装置117を配置している。回復装置117はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ93は印字待機中にはこの回復装置117側に移動されてキャッピング手段でヘッド94をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。 Further, a recovery device 117 for recovering the ejection failure of the head 94 is arranged at a position outside the recording area on the right end side in the moving direction of the carriage 93. The recovery device 117 has a cap means, a suction means, and a cleaning means. The carriage 93 is moved to the recovery device 117 side during the printing standby, and the head 94 is capped by the capping means, and the ejection port portion is kept in a wet state to prevent ejection defects due to ink drying. In addition, by ejecting ink that is not related to recording during recording, the ink viscosities of all the ejection ports are kept constant, and stable ejection performance is maintained.

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド94の吐出口(ノズル)を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜(不図示)に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。 When a ejection failure occurs, the ejection port (nozzle) of the head 94 is sealed by the capping means, air bubbles, etc. are sucked out from the ejection port by the suction means through the tube, and ink, dust, etc. adhering to the ejection port surface are sucked out. Is removed by cleaning means and the ejection failure is recovered. Further, the sucked ink is discharged to a waste ink reservoir (not shown) installed in the lower part of the main body, and is absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink reservoir.

11 基板(シリコン基板)
12 振動板
13 溝部
14 液室側壁
15 下部電極
16 圧電材料
17 上部電極
18 保護膜
19 配線層
20 絶縁膜
21 インク流路
22 IC接続部
23 フレーム
24 駆動用IC
25 液室
26 接液膜
11 Substrate (silicon substrate)
12 Diaphragm 13 Groove 14 Liquid chamber side wall 15 Lower electrode 16 Piezoelectric material 17 Upper electrode 18 Protective film 19 Wiring layer 20 Insulating film 21 Ink flow path 22 IC connection 23 Frame 24 Drive IC
25 Liquid chamber 26 Wetting membrane

特開2007−331175号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-331175

Claims (4)

液滴を吐出するノズルと連通する液室と、前記液室の一部を構成する振動板に振動を付与して前記液室に圧力変化を発生させる圧電アクチュエータとを有する液体吐出ヘッドに用いられる圧電アクチュエータユニットの製造方法であって、
前記液室が形成されるシリコン基板上に前記振動板を形成する工程と、
前記シリコン基板に対し、前記振動板が形成される面の対向面から、前記液室を区画する側壁を形成するための複数の溝部を形成する工程と、
前記複数の溝部の表面を熱酸化し、酸化物により前記複数の溝部を充填する工程と、
前記振動板上に電極を形成する工程と、
前記振動板上にフレ−ムを形成する工程と、
前記シリコン基板の前記複数の溝部に囲まれた部分のシリコンを除去し、前記複数の溝部を充填する工程で充填された前記酸化物により側壁が構成された前記液室を形成する工程と、
前記液室の内側面に接液膜を形成する工程と、をこの順に含むことを特徴とする圧電アクチュエータユニットの製造方法。
It is used for a liquid discharge head having a liquid chamber communicating with a nozzle for ejecting droplets and a piezoelectric actuator that applies vibration to a vibrating plate constituting a part of the liquid chamber to generate a pressure change in the liquid chamber. It is a method of manufacturing a piezoelectric actuator unit.
The step of forming the diaphragm on the silicon substrate on which the liquid chamber is formed, and
A step of forming a plurality of grooves for forming a side wall for partitioning the liquid chamber from a surface facing the surface on which the diaphragm is formed with respect to the silicon substrate.
Said plurality of grooves the surface of the thermally oxidized, a step of filling the plurality of grooves by an oxide,
The process of forming electrodes on the diaphragm and
The process of forming a frame on the diaphragm and
A step of forming the liquid chamber side wall is constituted by the plurality of removing the silicon of the portion surrounded by the groove of the silicon substrate, the oxide filled in the step of filling the plurality of grooves,
A method for manufacturing a piezoelectric actuator unit, which comprises a step of forming a wetted film on the inner surface of the liquid chamber in this order.
前記溝部が、ドライエッチングにより形成されることを特徴とする請求項1に記載の圧電アクチュエータユニットの製造方法。 The method for manufacturing a piezoelectric actuator unit according to claim 1, wherein the groove is formed by dry etching. 前記接液膜は、タンタル及びジルコニウムの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の圧電アクチュエータユニットの製造方法。 The method for manufacturing a piezoelectric actuator unit according to claim 1 or 2 , wherein the wetted film contains at least one of tantalum and zirconium. 前記液室を形成する工程は、ドライエッチングにより行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の圧電アクチュエータユニットの製造方法。The method for manufacturing a piezoelectric actuator unit according to any one of claims 1 to 3, wherein the step of forming the liquid chamber is performed by dry etching.
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JP2007331175A (en) * 2006-06-13 2007-12-27 Fuji Xerox Co Ltd Method for manufacturing liquid droplet discharge head
JP2012218188A (en) * 2011-04-04 2012-11-12 Seiko Epson Corp Manufacturing method of liquid jet head
JP5916676B2 (en) * 2013-09-20 2016-05-11 株式会社東芝 Ink jet head, ink jet recording apparatus, and method of manufacturing ink jet head

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