JP2001301177A - Method for manufacturing ink jet printer head - Google Patents
Method for manufacturing ink jet printer headInfo
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、インク吐出面に皺
やクラックがなく適正な形状の吐出ノズルを有して良好
にインクを吐出できるインクジェットプリンタヘッドの
製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an ink jet printer head which has a discharge nozzle of an appropriate shape without wrinkles and cracks on an ink discharge surface and can discharge ink satisfactorily.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、吐出ノズルからインクを用紙
面に吐出して印字を行うインクジェットプリンタヘッド
がある。このインクジェットプリンタヘッドによる印字
方法は、ヘッドのインク吐出面に多数配列されている微
細な孔(吐出ノズル)からインクの液滴を吐出させ、こ
のインク滴(印字ドット)を紙、布などの被記録材(用
紙)に着弾させて吸収させ、これにより文字や画像等の
印字を行なうものであり、騒音の発生が少なく、特別な
定着処理を要することもなく且つフルカラー記録も比較
的容易な記録方法である。2. Description of the Related Art Conventionally, there is an ink jet printer head which performs printing by discharging ink from a discharge nozzle onto a paper surface. In a printing method using this ink jet printer head, ink droplets (print dots) are ejected from a number of fine holes (ejection nozzles) arranged on the ink ejection surface of the head, and the ink droplets (print dots) are covered with paper, cloth, or the like. The recording material (paper) is landed and absorbed, thereby printing characters and images, etc., which generates little noise, does not require special fixing processing, and is relatively easy to record in full color. Is the way.
【0003】インクの液滴を吐出させる方法としては、
ピエゾ抵抗素子(圧電素子)などの電気機械変換素子を
用いてインクチャンバーに機械的変形による圧力を生じ
させ、これにより微小な吐出ノズルからインク滴を吐出
させるピエゾジェット方式や、微細なインク室に発熱部
を配して、これに電気パルスを与え高速でインクと発熱
部の界面に気泡を発生させ、その気泡の成長力を利用し
て上記同様に微小な吐出ノズルからインク滴を吐出させ
るサーマルジェット方式などがある。As a method of discharging ink droplets,
A piezo-jet method, which uses an electromechanical transducer such as a piezoresistive element (piezoelectric element) to generate pressure due to mechanical deformation in the ink chamber, thereby ejecting ink droplets from minute ejection nozzles, A thermal element that disposes a heat generating section, applies electric pulses to the heat generating section, generates bubbles at the interface between the ink and the heat generating section at high speed, and uses the growth power of the bubbles to discharge ink droplets from minute discharge nozzles as described above. There is a jet method.
【0004】また、上記のサーマルジェット方式には、
インク滴の吐出方向により、二通りの構成があり、一つ
は発熱部の発熱面に平行な方向へインクを吐出する構成
のものであり、他の一つは発熱部の発熱面に垂直な方向
にインクを吐出する構成のものである。中でも発熱部の
発熱面に垂直な方向にインク滴を吐出する構成のもの
は、ルーフシュータ型又はトップシュータ型インクジェ
ットプリンタヘッドと呼称されており、発熱部の発熱面
に平行な方向へインクを吐出するサイドシュータ型のも
のに比較して、消費電力が極めて小さくて済むことが知
られている。[0004] The above-mentioned thermal jet method includes:
There are two types of configurations depending on the direction in which the ink droplets are ejected.One is a configuration in which ink is ejected in a direction parallel to the heating surface of the heating unit, and the other is a configuration perpendicular to the heating surface of the heating unit. This is a configuration in which ink is ejected in the direction. Above all, those that eject ink droplets in the direction perpendicular to the heat generating surface of the heat generating portion are called roof shooter type or top shooter type ink jet printer heads, and discharge ink in a direction parallel to the heat generating surface of the heat generating portion. It is known that the power consumption is extremely small as compared with the side shooter type.
【0005】このルーフシュータ型のサーマル式インク
ジェットプリンタヘッドの製法としては、例えば6×2
5.4mm以上の直径の一枚のシリコンウエハ上に例え
ば90個以上に区画された10mm×15mm程度の大
きさの多数のチップ基板の上に、シリコンLSI形成技
術と薄膜形成技術を利用して、多数の発熱部と、これら
を個々に駆動する駆動回路、配線電極、インク流路、吐
出ノズル等を一括してモノリシックに形成する方法があ
る。As a method of manufacturing this roof shooter type thermal ink jet printer head, for example, 6 × 2
On a single silicon wafer having a diameter of 5.4 mm or more, for example, on a large number of chip substrates of about 10 mm × 15 mm divided into 90 pieces or more, using silicon LSI forming technology and thin film forming technology. There is a method in which a large number of heat generating parts and a drive circuit, a wiring electrode, an ink flow path, a discharge nozzle and the like for individually driving these heat generating parts are collectively and monolithically formed.
【0006】また、シリコンウエハを用いず、ガラス基
板等の絶縁性基板に薄膜形成技術を利用して上記の発熱
部、配線電極、インク流路、吐出ノズル等からなる印字
ヘッド部を形成し、LSI形成技術による駆動回路部を
シリコン基板等の別体に形成して、この駆動回路部と印
字ヘッド部を電気接続する方法もある。In addition, a print head section including the above-described heating section, wiring electrodes, ink flow paths, discharge nozzles and the like is formed on an insulating substrate such as a glass substrate using a thin film forming technique without using a silicon wafer. There is also a method of forming a drive circuit unit by an LSI forming technology on a separate body such as a silicon substrate and electrically connecting the drive circuit unit and the print head unit.
【0007】図5(a),(b),(c) は、そのような従来のル
ーフシュータ型インクジェットプリンタヘッド(以下、
単に印字ヘッドという)の製造方法を工程順に示す図で
あり、それぞれ一連の工程においてガラス等の絶縁性基
板上に形成されていく状態の概略の平面図と断面図を模
式的に示している。FIGS. 5 (a), 5 (b) and 5 (c) show such a conventional roof shooter type ink jet printer head (hereinafter, referred to as "printer head").
FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating a method of manufacturing a print head in order of steps, and schematically show a schematic plan view and a cross-sectional view of a state of being formed on an insulating substrate such as glass in a series of steps.
【0008】尚、図5(a),(b),(c) の上段に示す平面図
には、図示する上での都合上、5個の発熱部又は吐出ノ
ズルを示しているが、実際にはこのような発熱部及び吐
出ノズルは、設計上の方針にもよるが64個、128
個、256個等、それぞれの図の上下方向に連続して多
数形成されるものである。また、同図(a),(b),(c) の中
段に示す断面図はそれぞれ上段のA−A′断面矢視図、
C−C′断面矢視図及びE−E′断面矢視図であり、同
図(a),(b),(c) の下段の断面図はそれぞれ上段のB−
B′断面矢視図、D−D′断面矢視図及びF−F′断面
矢視図である。これらの図5(a),(b),(c) を用いて従来
の印字ヘッドの製造方法を以下に簡単に説明する。In the plan view shown in the upper part of FIGS. 5 (a), 5 (b) and 5 (c), five heating parts or discharge nozzles are shown for convenience of illustration. The number of such heating parts and discharge nozzles is 64 or 128, depending on the design policy.
A large number of them are continuously formed in the vertical direction in each figure, such as 256 pieces. Also, the cross-sectional views shown in the middle of FIGS. (A), (b), and (c) are cross-sectional views taken along the line AA ′ of the upper row,
It is a sectional view taken along the line CC 'and a sectional view taken along the line EE'. The lower sectional views of FIGS.
It is B 'sectional arrow view, DD' sectional arrow view, and FF 'sectional arrow view. With reference to FIGS. 5A, 5B and 5C, a conventional method for manufacturing a print head will be briefly described below.
【0009】先ず、工程1として、適宜の絶縁性基板上
に薄膜形成技術を用いて、タンタル(Ta)−シリコン
(Si)−酸素(O)又はTa−Si−O−N(窒素)
からなる発熱抵抗体膜と、Ti−W等の密着層(不図
示)を介在させてAu又はNiなどによる電極膜を順次
積層形成する。First, in step 1, tantalum (Ta) -silicon (Si) -oxygen (O) or Ta-Si-ON (nitrogen) is formed on a suitable insulating substrate by using a thin film forming technique.
, And an electrode film made of Au or Ni or the like are sequentially laminated with an adhesive layer (not shown) made of Ti-W or the like interposed therebetween.
【0010】そして、工程2として、上記の電極膜、密
着層及び発熱抵抗体膜をフォトリソグラフィー技術によ
って夫々パターニングし、条形の発熱抵抗体膜の発熱部
とする領域を露出させその両側に発熱抵抗体膜に重ねて
配線電極膜を形成して、発熱部と両側の配線電極とから
なる発熱素子を形成する。この工程で多数の発熱部の位
置が決められる。In step 2, the electrode film, the adhesion layer, and the heating resistor film are patterned by photolithography, respectively, to expose regions of the strip-shaped heating resistor film that are to be heated, and to generate heat on both sides thereof. A wiring electrode film is formed on the resistor film to form a heating element including a heating portion and wiring electrodes on both sides. In this step, the positions of a large number of heat generating parts are determined.
【0011】図5(a) は、上記の工程1及び工程2が終
了した直後の状態を示している。すなわち、絶縁性の基
板1の上に、発熱部2が形成されている。発熱部2の一
方の端部に共通配線電極3が接続され、他方の端部には
駆動回路と接続すべき個別配線電極4が接続されてい
る。上記の発熱部2、共通配線電極3、及び個別配線電
極4は、発熱部2の近傍において1組となって条形状に
パターン化されて、各条が発熱素子を形成し、所定の間
隔で平行に並設されている。但し共通配線電極3は全体
としては1個のものであり、左端部近傍に大きく細長い
開口3−1を形成され、その開口3−1の内部は基板1
の表面1−1が露出している。FIG. 5A shows a state immediately after the steps 1 and 2 have been completed. That is, the heat generating portion 2 is formed on the insulating substrate 1. The common wiring electrode 3 is connected to one end of the heat generating portion 2, and the individual wiring electrode 4 to be connected to the drive circuit is connected to the other end. The heating section 2, the common wiring electrodes 3, and the individual wiring electrodes 4 are patterned into a set of strips in the vicinity of the heating section 2, and each strip forms a heating element, and at predetermined intervals. They are arranged side by side in parallel. However, the number of the common wiring electrodes 3 is one as a whole, and a large and elongated opening 3-1 is formed near the left end portion.
Surface 1-1 is exposed.
【0012】続いて、工程3として、個々の発熱部2に
インクを導くインク導通路を形成すべく感光性ポリイミ
ドなどの有機材料からなる隔壁部材をコーティングによ
り高さ20μm程度に形成し、これをフォトリソ技術に
よりパターン化した後に、300℃〜400℃の熱を3
0分〜60分加えるキュア(乾燥硬化、焼成)を行い、
高さ10μm程度の上記感光性ポリイミドによる隔壁を
基板1上に形成・固着させる。Subsequently, as a step 3, a partition member made of an organic material such as photosensitive polyimide is formed to a height of about 20 μm by coating in order to form an ink conduction path for guiding the ink to the individual heat generating portions 2. After patterning by the photolithography technique, heat of 300 to 400 ° C. is applied for 3 hours.
Perform curing (dry curing, baking) for 0 to 60 minutes,
A partition made of the photosensitive polyimide having a height of about 10 μm is formed and fixed on the substrate 1.
【0013】更に、工程4として、上記のインク導通路
に外部からインクを供給するインク供給路を形成すべ
く、加工能率の良いサンドブラスト法などにより上記基
板1の表面側に細長いスリット状のインク供給溝を形成
し、更にこのインク供給溝内に一方の口が開口し他方の
口が基板1を貫通して基板1の裏面側に開口するインク
供給孔を穿設する。Further, as a step 4, in order to form an ink supply path for supplying ink from the outside to the ink conduction path, an elongated slit-like ink supply to the surface side of the substrate 1 is performed by a sand blast method or the like with high processing efficiency. A groove is formed, and an ink supply hole is formed in the ink supply groove, one of which is open and the other of which penetrates the substrate 1 and opens on the back side of the substrate 1.
【0014】この工程4では、発熱部、配線電極、隔壁
などが形成されている表面側のインク供給溝と、裏面側
のインク供給孔では、形状が異なるため、表裏から別々
に加工を行う。例えば表面側にインク供給溝を基板の厚
さ半分程度まで穿設し、裏面側からインク供給孔を穿設
して表裏に貫通させる。In step 4, since the shape of the ink supply groove on the front side where the heat generating portion, the wiring electrodes, the partition walls, etc. are formed, and the ink supply hole on the back side are different, they are separately processed from the front and back. For example, an ink supply groove is formed on the front side to about half the thickness of the substrate, and an ink supply hole is formed from the back side to penetrate the front and back.
【0015】図5(b) は、上述の工程3及び工程4が終
了した直後の状態を示している。すなわち、共通配線電
極3の開口3−1よりも左部分と、右方の個別配線電極
4が配設されている部分、及び各発熱部2と発熱部2の
間に、隔壁5(シール隔壁5−1、5−2、区画隔壁5
−3)が形成されている。FIG. 5B shows a state immediately after Steps 3 and 4 are completed. That is, the partition 5 (seal partition) is provided between the left portion of the common wiring electrode 3 with respect to the opening 3-1, the portion where the individual wiring electrodes 4 on the right side are provided, and each heat generating portion 2. 5-1, 5-2, partition wall 5
-3) is formed.
【0016】上記の隔壁5は、シール隔壁5−1及び5
−2で全体として外部から隔絶された大きな内部インク
流路を形成し、個別配線電極4上のシール隔壁5−2と
各発熱部2間に伸び出す区画隔壁5−3とは櫛の胴と櫛
の歯に相当する形状をなしている。これにより、この櫛
の歯状の区画隔壁5−3を仕切り壁として、その歯と歯
の間の付け根部分に発熱部2が位置する微細な区画部
が、発熱部2の数だけ形成されている。そして、この内
部インク流路及び区画部からなるインク導通路に外部か
らインクを供給すべく、細長いインク供給溝6及び角形
のインク供給孔7が形成されている。The above-mentioned partition 5 is composed of seal partitions 5-1 and 5
-2, a large internal ink flow path which is isolated from the outside as a whole is formed, and the seal partition 5-2 on the individual wiring electrode 4 and the partition partition 5-3 extending between the heat generating portions 2 are combined with the comb body. It has a shape corresponding to the teeth of a comb. As a result, the fine partition portions in which the heat generating portions 2 are located at the roots between the teeth are formed by the number of the heat generating portions 2 with the comb-shaped partition walls 5-3 of the comb as partition walls. I have. An elongated ink supply groove 6 and a rectangular ink supply hole 7 are formed to supply ink from the outside to the ink conduction path formed by the internal ink flow path and the partition.
【0017】この後、工程5として、ポリイミドからな
る厚さ10〜30μmのフィルムのオリフィス板で、そ
の両面又は片面に接着剤としての熱可塑性ポリイミドを
極薄に例えば厚さ2〜5μmにコーテングした状態のも
のを、上記積層構造の最上層つまり隔壁5の上に載置
し、真空中で200〜250℃で加熱しながら、5.8
×10-4Paの数倍の圧力で加圧し、これを数10分続
けて、そのオリフィス板を固着させる。続いて真空装置
又はスパッタ装置でTi、Ni、Cu又はAlなどの厚
さ0.5〜1μm程度の金属膜をエッチング用マスク膜
としてオリフィス板表面に蒸着する。Then, in step 5, an orifice plate of a polyimide film having a thickness of 10 to 30 μm was used, and thermoplastic polyimide as an adhesive was coated on both surfaces or one surface to an extremely thin thickness of, for example, 2 to 5 μm. The substrate in the state is placed on the uppermost layer of the laminated structure, that is, on the partition wall 5 and heated at 200 to 250 ° C. in vacuum to 5.8.
Pressure is applied at a pressure several times as high as × 10 −4 Pa, and this is continued for several tens of minutes to fix the orifice plate. Subsequently, a metal film having a thickness of about 0.5 to 1 μm, such as Ti, Ni, Cu or Al, is deposited on the surface of the orifice plate as a mask film for etching by a vacuum device or a sputtering device.
【0018】更に、工程6として、オリフィス板表面の
上記金属マスク膜をパターン化して、ポリイミドを選択
的にエッチングするメタルマスクを形成し、続いて、例
えばヘリコン波によるドライエッチング等により上記の
メタルマスクに従って20μmφ〜40μmφの多数の
吐出ノズルをオリフィス板に一括形成する。In step 6, the metal mask film on the surface of the orifice plate is patterned to form a metal mask for selectively etching polyimide. Subsequently, the metal mask is formed by, for example, dry etching using a helicon wave. , A large number of discharge nozzles having a diameter of 20 μm to 40 μm are collectively formed on the orifice plate.
【0019】図6(a) 〜(e) は、上記の工程5及び工程
6においてオリフィス板9に吐出ノズル12を穿設加工
する方法を更に詳しく示す図である。先ず、同図(a) に
示すように、オリフィス板9の表面にAl、Ti又はT
a等の金属からなるマスク膜11をスパッタで成膜す
る。この後、フォトリソグラフィー技術により、同図
(b) に示すように、レジストマスク13を形成し、この
レジストマスク13に従って、ウェット又はドライエッ
チングによりパターニングを行い、同図(c) に示すよう
に、吐出ノズルの形状及び配置に対応したパターンを備
えるメタルマスク11aを形成した後、同図(d) に示す
ように、レジストマスク13を除去する。FIGS. 6 (a) to 6 (e) are diagrams showing in more detail the method of forming a discharge nozzle 12 in the orifice plate 9 in the above steps 5 and 6. FIG. First, as shown in FIG. 1A, the surface of the orifice plate 9 is made of Al, Ti or T
A mask film 11 made of a metal such as a is formed by sputtering. After that, using photolithography technology,
As shown in (b), a resist mask 13 is formed, and patterning is performed by wet or dry etching according to the resist mask 13, and a pattern corresponding to the shape and arrangement of the discharge nozzles is formed as shown in FIG. After forming the metal mask 11a provided with the resist mask 13, the resist mask 13 is removed as shown in FIG.
【0020】この後、上記のメタルマスク11aに従っ
て、同図(e) に示すように、ヘリコン波エッチングによ
り、吐出ノズル12の孔空け加工を行う。これで全ての
加工が終了する。但しこのヘリコン波エッチングは、イ
オンプラズマによる物理エッチングが主体であるため、
このエッチングの際にメタルマスク11aの開口部分の
ポリイミド(オリフィス板9の露出部分9−1)だけで
なくメタルマスク11aも、同時に、図6(e) に示す高
さhだけエッチングされる。このエッチングが後に問題
の要因となるが、これについては後述する。Thereafter, according to the above-mentioned metal mask 11a, as shown in FIG. 1E, a hole is formed in the discharge nozzle 12 by helicon wave etching. This completes all processing. However, since this helicon wave etching is mainly physical etching by ion plasma,
In this etching, not only the polyimide (exposed portion 9-1 of the orifice plate 9) in the opening of the metal mask 11a but also the metal mask 11a is simultaneously etched by the height h shown in FIG. 6 (e). This etching will cause a problem later, which will be described later.
【0021】図5(c) は、このように工程5と工程6が
終了した直後の状態を示している。すなわち、オリフィ
ス板9が基板1の全領域上を覆っており、オリフィス板
9には、発熱部2に対向する位置にメタルマスク11a
に従って穿設された吐出ノズル12が形成されている。
そして、オリフィス板9に覆われた内部には、隔壁5の
厚さ10μmに対応する高さの上述した内部インク流路
及び区画部からなるインク導通路14が、発熱部2とイ
ンク供給溝6との間に形成されている。これにより、多
数の吐出ノズル12を1列に備えたモノカラー用印字ヘ
ッドが基板1上に完成する。FIG. 5C shows the state immediately after the completion of the steps 5 and 6. That is, the orifice plate 9 covers the entire area of the substrate 1, and the orifice plate 9 has a metal mask 11 a at a position facing the heat generating portion 2.
Is formed in accordance with the above.
In the interior covered by the orifice plate 9, the ink conducting path 14 having the height corresponding to the thickness of the partition wall 5 of 10 μm and including the above-described internal ink flow path and partitioning section is formed. Is formed between. As a result, a monocolor print head having a large number of discharge nozzles 12 in one row is completed on the substrate 1.
【0022】通常、フルカラー印字においては、減法混
色の三原色であるイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シ
アン(C)の3色に、文字や画像の黒部分に専用される
ブラック(Bk)を加えて合計4色のインクを必要とす
る。したがって最低でも4列のノズル列が必要である。
そして上述した製造方法によれば、1個の基板上にモノ
カラー用印字ヘッドを4列構成することは可能であり、
各モノカラー用印字ヘッドのノズル列の位置関係も今日
の微細加工物の製造技術により正確に配置することが可
能である。Normally, in full-color printing, black (Bk) dedicated to black portions of characters and images is added to three colors of three subtractive primary colors, yellow (Y), magenta (M), and cyan (C). In addition, a total of four color inks are required. Therefore, at least four nozzle rows are required.
According to the above-described manufacturing method, it is possible to configure four rows of monocolor print heads on one substrate,
The positional relationship between the nozzle rows of each monocolor print head can also be accurately arranged by today's microfabrication manufacturing technology.
【0023】[0023]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のへリ
コン波エッチングは、エッチングレートが高いため作業
能率の点からは目下のところ最適のエッチング方法であ
るが、上述したように、オリフィス板だけでなくメタル
マスクも同時にエッチングする。このためメタルマスク
のエッチング残渣が発生し、この残渣が吐出ノズルや電
極端子に付着する。このような残渣が、吐出ノズルの内
部や近傍に付着するとインクの吐出不良を引き起こし、
電極端子に付着すると電気接続不良という不具合を引き
起こす。Incidentally, the above-mentioned helicon wave etching is currently an optimum etching method from the viewpoint of work efficiency because of a high etching rate. However, as described above, only the orifice plate is used. And the metal mask is etched at the same time. Therefore, an etching residue of the metal mask is generated, and the residue adheres to the discharge nozzle and the electrode terminal. If such a residue adheres to the inside or in the vicinity of the discharge nozzle, it causes ink discharge failure,
If it adheres to the electrode terminal, it causes a problem of poor electrical connection.
【0024】また、オリフィス板は、隔壁との接着面に
のみ接着剤を塗布すると、つまりオリフィス板の片面の
みに熱可塑性ポリイミド接着剤を被着したものは、オリ
フィス板に捲き癖がついて隔壁への貼り付け作業が非常
に困難になる。したがって、オリフィス板に捲き癖がつ
かないように、オリフィス板の両面の特性を同一にする
ために、熱可塑性ポリイミド接着剤をオリフィス板の両
面に被着した形状とすることが要求される。The orifice plate is coated with an adhesive only on the surface to be bonded to the partition wall. That is, when the orifice plate is coated with a thermoplastic polyimide adhesive on only one side, the orifice plate has a curl on the orifice plate. Paste work becomes very difficult. Therefore, in order to make the characteristics of both surfaces of the orifice plate the same so that the orifice plate is not curled, it is required that a thermoplastic polyimide adhesive be applied to both surfaces of the orifice plate.
【0025】ところが、オリフィス板表面の熱可塑性ポ
リイミド接着剤と、この熱可塑性ポリイミド接着剤を介
してオリフィス板表面に被着されるメタルマスクの材料
例えばAl、Ti、Ta等とでは、熱膨張係数及びヤン
グ率の差が大きい。また、撥インク性を持たせるために
オリフィス板表面に施されることがあるNiメッキ膜の
場合も同様に熱可塑性ポリイミド接着剤とでは熱膨張係
数及びヤング率の差が大きい。However, the coefficient of thermal expansion of the thermoplastic polyimide adhesive on the surface of the orifice plate and the material of the metal mask, such as Al, Ti, Ta, etc., adhered to the surface of the orifice plate via the thermoplastic polyimide adhesive are different. And the difference between Young's modulus is large. Also, in the case of a Ni plating film which may be applied to the orifice plate surface to impart ink repellency, similarly, the difference between the coefficient of thermal expansion and the Young's modulus of the thermoplastic polyimide adhesive is large.
【0026】図7は、参考までに上記各種部材の熱膨張
係数とヤング率を示す図表である。尚、同図に示す熱膨
張計数の単位は10-6/deg、ヤング率の単位は10
11N/m2 )である。同図に示すように、熱可塑性ポリ
イミドの熱膨張計数が「40」であって極めて熱膨張し
易いことに対して、Al、Ta、Ti、Pl(ポリイミ
ド)及びNiメッキ膜の熱膨張係数は、それぞれ「2
3.9」、「6.6」、「8.4」、「15」及び「1
3」である。また、熱可塑性ポリイミドのヤング率(ヤ
ング率についてはポリイミドも同様)は、単純引っ張り
応力に対する歪みが大きく測定範囲外であるのに対し、
Al、Ta、Ti及びNiメッキ膜のヤング率は、それ
ぞれ「0.757」、「1.81」、「1.14」及び
「2.05」である。FIG. 7 is a table showing the thermal expansion coefficient and the Young's modulus of the various members for reference. The unit of thermal expansion coefficient shown in the figure is 10 −6 / deg, and the unit of Young's modulus is 10
11 N / m 2 ). As shown in the figure, the thermal expansion coefficient of the thermoplastic polyimide is “40” and the thermal expansion coefficient is extremely high, whereas the thermal expansion coefficients of the Al, Ta, Ti, Pl (polyimide) and Ni plating films are as follows. , "2
3.9 "," 6.6 "," 8.4 "," 15 "and" 1 "
3 ". In addition, the Young's modulus of thermoplastic polyimide (the Young's modulus is the same for polyimide) has a large strain due to simple tensile stress and is out of the measurement range.
The Young's moduli of the Al, Ta, Ti and Ni plating films are “0.757”, “1.81”, “1.14” and “2.05”, respectively.
【0027】このようにオリフィス板表面の熱可塑性ポ
リイミドと、メタルマスクの材料となるAl、Ti、T
aや撥インク性材料となるNiとでは、熱膨張係数及び
ヤング率の差が大きいために、吐出ノズルのエッチング
加工時に発生する熱によって基板が加熱されると、熱可
塑性ポリイミドの熱膨張に対しメタルマスクやNiメッ
キ膜が追従できず、塑性の範囲を超えて変形または破壊
され、メタルマスクやNiメッキ膜に皺やクラックが発
生する。As described above, the thermoplastic polyimide on the surface of the orifice plate and Al, Ti, T
a and Ni, which is an ink-repellent material, have a large difference in thermal expansion coefficient and Young's modulus. Therefore, when the substrate is heated by heat generated during the etching process of the discharge nozzle, the thermal expansion of the thermoplastic polyimide is reduced. The metal mask or the Ni plating film cannot follow, is deformed or broken beyond the plasticity range, and wrinkles or cracks occur in the metal mask or the Ni plating film.
【0028】上記のようにメタルマスクやNiメッキ膜
に皺やクラックが発生したり、吐出ノズルにエッチング
残渣が付着すると、印字の際に、本来吐出されるべき方
向、すなわちオリフィス板の面に垂直な方向とは異なる
方向にインクが吐出されるという不具合や、着弾ドット
の周囲にサテライトと呼ばれる微細な不要ドットが着弾
する不具合が発生する。If wrinkles or cracks occur on the metal mask or the Ni plating film as described above, or if etching residues adhere to the discharge nozzle, the direction in which the ink should be discharged, that is, perpendicular to the surface of the orifice plate, during printing. This causes a problem that ink is ejected in a direction different from the proper direction, and a problem that minute unnecessary dots called satellites land around the landed dots.
【0029】本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、
メタルマスクのエッチング残渣の発生を抑え、皺やクラ
ックの無い吐出面と適正な形状の吐出ノズルを備えて良
好なインク吐出性能を安定して発揮するインクジェット
プリンタヘッドを製造する方法を提供することである。The object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems,
By providing a method of manufacturing an ink jet printer head that suppresses the generation of etching residues of a metal mask, has a discharge surface free of wrinkles and cracks, and has a discharge nozzle of an appropriate shape and stably exhibits good ink discharge performance. is there.
【0030】[0030]
【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
プリンタヘッドの製造方法は、インクに圧力を加えオリ
フィス板に設けられた吐出ノズルから所定方向に噴射さ
せて印字を行うインクジェットプリンタヘッドの製造方
法であって、上記吐出ノズルを形成すべきオリフィス板
材のインク吐出面側表面に吐出ノズルを形成するための
マスク膜を被着する工程と、上記マスク膜を上記吐出ノ
ズルが穿設される領域周辺の必要領域に選択的に存在す
るパターンに成形する工程と、上記成形されたマスク膜
を介して上記吐出ノズルをドライエッチングにより穿設
する工程と、を有して構成される。SUMMARY OF THE INVENTION A method of manufacturing an ink jet printer head according to the present invention is a method of manufacturing an ink jet printer head for printing by applying pressure to ink and ejecting the ink in a predetermined direction from a discharge nozzle provided on an orifice plate. A step of applying a mask film for forming a discharge nozzle on the ink discharge surface side surface of the orifice plate material on which the discharge nozzle is to be formed; and forming the mask film around an area where the discharge nozzle is formed. The method includes a step of forming a pattern selectively present in a necessary region, and a step of forming the discharge nozzle by dry etching through the formed mask film.
【0031】このインクジェットプリンタヘッドの製造
方法は、例えば請求項2記載のように、上記吐出ノズル
を穿設する前に、上記吐出ノズル穿設領域を除いた領域
で前記マスク膜の被着領域を含む領域にレジスト樹脂を
被着し、該レジスト樹脂と上記マスク膜を介して上記吐
出ノズルをドライエッチングにより穿設するようにする
のが好ましい。According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an ink jet printer head according to claim 2, wherein, before forming the discharge nozzle, a region excluding the discharge nozzle formation region is coated with the mask film. Preferably, a resist resin is applied to a region including the resist resin, and the discharge nozzle is formed by dry etching through the resist resin and the mask film.
【0032】そして、例えば請求項3記載のように、上
記マスク膜は、金属膜であり、上記ドライエッチング
は、へリコン波ドライエッチングであることが好まし
く、また、上記マスク膜は、例えば請求項4記載のよう
に、撥インク性膜と金属膜が積層された複合膜であって
も良い。Preferably, the mask film is a metal film, the dry etching is a helicon wave dry etching, and the mask film is, for example, a metal film. As described in 4, a composite film in which an ink-repellent film and a metal film are laminated may be used.
【0033】また、上記オリフィス板は、例えば請求項
5記載のように、ポリイミドベース材の両面に熱可塑性
接着剤層を被着してなるものを用いて良く、また、上記
必要領域は、例えば請求項6記載のように、上記吐出ノ
ズル周辺であって、少なくとも該吐出ノズルに連通する
インク流路が形成されている領域を被覆する領域である
ことが好ましい。Further, the orifice plate may be formed by applying a thermoplastic adhesive layer on both surfaces of a polyimide base material, for example, as described in claim 5, and the required area is, for example, As described in claim 6, it is preferable that the area surrounding the ejection nozzle is an area covering at least an area where an ink flow path communicating with the ejection nozzle is formed.
【0034】[0034]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。図1(a) 〜(f) は、第一の実
施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドの吐出
ノズル近傍の構成を製造工程順に示す図である。尚、同
図(a) 〜(f) は、オリフィス板とその上方の構成のみを
示している。また、図示を省略したオリフィス板よりも
下方の隔壁、配線電極、発熱部、インク導通路、インク
供給溝、インク供給孔、基板等の構成は、図5に示した
隔壁5、共通配線電極3、個別配線電極4、発熱部2、
インク導通路14、インク供給溝6、インク供給孔7、
基板1の構成と同様である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIGS. 1A to 1F are diagrams showing the configuration near the discharge nozzle of the ink jet printer head according to the first embodiment in the order of the manufacturing process. 6A to 6F show only the orifice plate and the structure above the orifice plate. Further, the configuration of the partition, wiring electrode, heating section, ink conduction path, ink supply groove, ink supply hole, substrate, and the like below the orifice plate (not shown) are the same as those of partition 5 and common wiring electrode 3 shown in FIG. , Individual wiring electrode 4, heating part 2,
Ink conduction path 14, ink supply groove 6, ink supply hole 7,
The configuration is the same as that of the substrate 1.
【0035】図1(a) において、図示を省略した隔壁の
上に、板厚10〜30μmのオリフィス板15を貼り付
ける。このオリフィス板15は、両面に2〜5μmの膜
厚で熱可塑性ポリイミドが塗布されている。そして、オ
リフィス板15の表面つまり熱可塑性ポリイミドの上
に、マスク膜16としてAi、Ti、又はTa等がスパ
ッタリングによって成膜されている。In FIG. 1A, an orifice plate 15 having a thickness of 10 to 30 μm is attached on a partition not shown. The orifice plate 15 is coated on both sides with a thermoplastic polyimide film having a thickness of 2 to 5 μm. Ai, Ti, Ta, or the like is formed as a mask film 16 by sputtering on the surface of the orifice plate 15, that is, on the thermoplastic polyimide.
【0036】へリコン波ドライエッチングの際のポリイ
ミド(オリフィス板15)とマスク膜16の選択比は1
00以上あるから、板厚が10〜30μm程度のオリフ
ィス板15をエッチングするためのマスク膜16の膜厚
は、0.5〜1μm程度あれば十分である。The selectivity between the polyimide (orifice plate 15) and the mask film 16 in the dry etching of the helicon wave is 1
Since the thickness is not less than 00, the thickness of the mask film 16 for etching the orifice plate 15 having a plate thickness of about 10 to 30 μm is sufficient to be about 0.5 to 1 μm.
【0037】次に、吐出ノズルが形成される近傍に限定
して、同図(b) に示すように、適宜のフォトレジスト材
によるレジストマスク17を形成し、このレジストマス
ク17に従って、同図(c) に示すよに、マスク膜16を
エッチングする。これにより、吐出ノズルを形成すべき
部分18−1と、形成される吐出ノズル近傍を除いた周
辺部18−2の上記のマスク膜16が除去されて、メタ
ルマスク16aが、レジストマスク17の下に形成され
る。この後、同図(d) に示すように、上記のレジストマ
スク17を除去してメタルマスク16aを露出させる。Next, as shown in FIG. 2B, a resist mask 17 made of an appropriate photoresist material is formed, as shown in FIG. As shown in c), the mask film 16 is etched. Thus, the mask film 16 in the portion 18-1 where the discharge nozzle is to be formed and the peripheral portion 18-2 except for the vicinity of the discharge nozzle to be formed is removed, and the metal mask 16a is positioned below the resist mask 17. Formed. Thereafter, as shown in FIG. 3D, the resist mask 17 is removed to expose the metal mask 16a.
【0038】これに続いて、同図(e) に示すように、膜
厚が20〜30μm程度の厚膜レジスト19の被着とそ
のパターニングを行う。この厚膜レジスト19のパター
ニングでは、吐出ノズル部分及び図示されていない電極
端子部分のみを開口させる。また、このとき位置精度や
加工精度を考慮して、厚膜レジスト19の吐出ノズル部
分の開口部分は、メタルマスク16aの開口部分16a
−1に対し半径方向に幅c(c=1〜2μm)だけ径が
大きくなるように形成する。Subsequently, as shown in FIG. 3E, a thick resist 19 having a thickness of about 20 to 30 μm is applied and patterned. In patterning the thick film resist 19, only the discharge nozzle portion and the electrode terminal portion (not shown) are opened. At this time, in consideration of positional accuracy and processing accuracy, the opening of the discharge nozzle portion of the thick film resist 19 is formed in the opening portion 16a of the metal mask 16a.
It is formed so that the diameter is increased by a width c (c = 1 to 2 μm) in the radial direction with respect to −1.
【0039】この厚膜レジスト19のパターニング後
に、ヘリコン波ドライエッチングにより、同図(f) に示
すように、オリフィス板15に吐出ノズル21を穿設す
る。通常、使い捨てとなる厚膜レジスト19の材質はオ
リフィス板15よりも耐熱性や耐磨耗性に劣るため表面
に変形を起し易い。したがって、このヘリコン波エッチ
ングでは、吐出ノズル21の貫通後も、オリフィス板1
5が厚さdだけエッチングされる程度に数分間のオーバ
エッチングを行って、厚膜レジスト19を完全に除去す
るようにする。After the patterning of the thick film resist 19, a discharge nozzle 21 is formed in the orifice plate 15 by helicon wave dry etching as shown in FIG. Usually, the material of the disposable thick film resist 19 is inferior to the orifice plate 15 in heat resistance and abrasion resistance, so that the surface is easily deformed. Therefore, in this helicon wave etching, the orifice plate 1 can be maintained even after the discharge nozzle 21 penetrates.
Over-etching is performed for several minutes to the extent that 5 is etched by the thickness d so that the thick film resist 19 is completely removed.
【0040】このように本発明方法では、メタルマスク
16aを必要な領域のみに限定して形成し厚膜レジスト
19で覆った状態でドライエッチングを行うから、従来
の方法で発生していたメタルマスクのエッチング残渣が
殆ど発生せず、したがって、エッチング残渣が吐出ノズ
ルや電極端子に付着する等の不具合が発生しない。As described above, according to the method of the present invention, since the metal mask 16a is formed only in a necessary area only and the dry etching is performed in a state where the metal mask 16a is covered with the thick film resist 19, the metal mask 16a generated by the conventional method is used. Almost no etching residue is generated, and therefore, problems such as the adhesion of the etching residue to the discharge nozzles and electrode terminals do not occur.
【0041】また、このように吐出ノズル周囲の極く限
られた領域のみにメタルマスクを形成することにより、
吐出ノズル加工時の熱によりオリフィス板15表面の熱
可塑性ポリイミドが膨張することによって発生するメタ
ルマスクの内部応力を緩和する。これにより、メタルマ
スクの皺やクラックの発生が防止される。By forming the metal mask only in a very limited area around the discharge nozzle,
The internal stress of the metal mask generated by the expansion of the thermoplastic polyimide on the surface of the orifice plate 15 by the heat generated during the processing of the discharge nozzle is reduced. This prevents wrinkles and cracks in the metal mask.
【0042】図2(a),(b),(c) は、それぞれオリフィス
板の吐出ノズル形成面から見たメタルマスクの形状の例
を示す平面図である。同図(a) は、オリフィス板15の
上のメタルマスク16aが直線の帯状に形成されてお
り、その帯状の中に吐出ノズル21の列が形成されてい
る。同図(b) は、メタルマスク16a′が吐出ノズル2
1毎にそれぞれが独立して吐出ノズルの口径に沿って環
状に形成されている。そして同図(c) は、メタルマスク
16a″が吐出ノズル21の口径に沿って環状に形成さ
れ、それらがいわば串団子の如き形状で繋がって配置さ
れている。いずれも、吐出ノズル周辺(穿設前では吐出
ノズルが穿設される領域周辺)の必要領域に選択的に存
在するパターンとなっている。FIGS. 2A, 2B, and 2C are plan views showing examples of the shape of the metal mask as viewed from the discharge nozzle forming surface of the orifice plate. In FIG. 5A, a metal mask 16a on an orifice plate 15 is formed in a linear band shape, and an array of discharge nozzles 21 is formed in the band shape. FIG. 4B shows that the metal mask 16 a ′ is connected to the discharge nozzle 2.
Each of them is independently formed annularly along the diameter of the discharge nozzle. 5C, the metal mask 16a ″ is formed in an annular shape along the diameter of the discharge nozzle 21, and they are arranged so as to be like a skewer dumpling. Before the installation, the pattern is selectively present in a necessary area (around the area where the discharge nozzle is formed).
【0043】図3(a) 〜(e) は、第二の実施の形態にお
けるインクジェットプリンタヘッドの構成を製造工程順
に示す図である。尚、同図(a) 〜(f) は、配線電極と発
熱部の図示を省略している。その他の番号を付与して同
図(a) に示す基板22、隔壁23、インク供給孔24、
インク供給溝25及びインク導通路26の構成は、図5
に示した基板1、隔壁5、インク供給孔7、インク供給
溝6、インク導通路14の構成と同様である。FIGS. 3A to 3E are diagrams showing the configuration of an ink jet printer head according to the second embodiment in the order of manufacturing steps. It should be noted that the drawings (a) to (f) do not show the wiring electrodes and the heat generating portion. The substrate 22, the partition wall 23, the ink supply holes 24, and the like shown in FIG.
The configuration of the ink supply groove 25 and the ink conduction path 26 is shown in FIG.
Are the same as the configurations of the substrate 1, the partition wall 5, the ink supply holes 7, the ink supply grooves 6, and the ink conducting paths 14 shown in FIG.
【0044】本例では、隔壁23の上に、板厚10〜3
0μmのオリフィス板15を貼り付けて、このオリフィ
ス板15の上に、マスク膜16をスパッタリングによっ
て成膜するところまでは、図1(a) の場合と同様であ
る。本例では、図3(b) に示すように、マスク膜16を
エッチングするためのレジストマスク27は、吐出ノズ
ルが穿設される領域近傍だけでなく、発熱部が配設され
るインク吐出室28とインク流路29の全域を覆う部分
にも形成される。In this example, a plate thickness of 10 to 3
The process is the same as that of FIG. 1A up to the point where the orifice plate 15 of 0 μm is attached and the mask film 16 is formed on the orifice plate 15 by sputtering. In this example, as shown in FIG. 3B, the resist mask 27 for etching the mask film 16 is formed not only in the vicinity of the region where the discharge nozzle is formed but also in the ink discharge chamber in which the heat generating portion is provided. It is also formed on a portion that covers the entire area of the ink flow path 28 and the ink flow path 29.
【0045】上記レジストマスク27を介してエッチン
グを行うことにより、図3(c) に示すように、インク吐
出室28及びインク流路29全域とオリフィス板15が
隔壁23の縁に接着する部分を覆う形状にパターニング
され、メタルマスク16bが形成される。この後、同図
(d) に示すように、レジストマスク27を除去する。上
記のオリフィス板15が隔壁23の縁に接着する部分の
メタルマスク16bの覆い幅cは100μm〜1mm程
度である。By etching through the resist mask 27, as shown in FIG. 3C, the entire area of the ink discharge chamber 28 and the ink flow path 29 and the portion where the orifice plate 15 is adhered to the edge of the partition wall 23 are formed. The metal mask 16b is formed by patterning into a shape to cover. After this,
As shown in (d), the resist mask 27 is removed. The covering width c of the metal mask 16b at the portion where the orifice plate 15 is adhered to the edge of the partition 23 is about 100 μm to 1 mm.
【0046】このようにメタルマスク16bを形成した
後に、同図(e) に示すように、へリコン波ドライエッチ
ングにより吐出ノズル31の穿設加工を行う。このと
き、吐出ノズル部分だけでなく、オリフィス板15のメ
タルマスク16bが被着されていない全領域、つまりオ
リフィス板15におけるインク吐出室28及びインク流
路29を覆う領域とオリフィス板15の隔壁23の縁に
接着する接着代部分を除いた露出部分15a、15bが
全てエッチングされる。After the formation of the metal mask 16b in this manner, as shown in FIG. 3E, the discharge nozzle 31 is pierced by helicon wave dry etching. At this time, not only the discharge nozzle portion but also the entire region of the orifice plate 15 where the metal mask 16b is not attached, that is, the region of the orifice plate 15 that covers the ink discharge chamber 28 and the ink flow path 29 and the partition wall 23 of the orifice plate 15 All of the exposed portions 15a and 15b excluding the adhesion margin portions that adhere to the edges of the substrate are etched.
【0047】この場合も、メタルマスク16bの面積が
従来構造よりも小さくなるため、ヘリコン波ドライエッ
チング時に、吐出ノズルや電極端子部分に付着する程の
メタルマスクエッチング残渣が発生しない。Also in this case, since the area of the metal mask 16b is smaller than that of the conventional structure, a metal mask etching residue that does not adhere to the discharge nozzle or the electrode terminal portion does not occur during the helicon wave dry etching.
【0048】本例のメタルマスク16bの形状には、イ
ンク吐出室28とインク流路29全域及びオリフィス板
15を隔壁23の縁に接着するための幅100μm〜1
mm程度の接着代部分をに必ず被覆するという制約があ
るが、図1(e) に示す厚膜レジスト19をパターニング
する工程が無いため、従来と同様の工程数で、図1に示
した実施形態と同様の作用・効果が得られるという利点
がある。The shape of the metal mask 16 b of this embodiment has a width of 100 μm to 1 μm for bonding the entire area of the ink discharge chamber 28 and the ink flow path 29 and the orifice plate 15 to the edge of the partition 23.
There is a restriction that the adhesive margin portion of about mm is always covered, but since there is no step of patterning the thick film resist 19 shown in FIG. 1 (e), the number of steps shown in FIG. There is an advantage that the same operation and effect as in the embodiment can be obtained.
【0049】尚、本例では、メタルマスクをエッチング
した後にレジストマスクを除去してから吐出ノズルのエ
ッチングを行っているが、レジストマスクを除去せず
に、そのまま吐出ノズルの穿設加工を行っても良い。In the present embodiment, the etching of the discharge nozzle is performed after removing the resist mask after etching the metal mask. However, the discharge nozzle is perforated as it is without removing the resist mask. Is also good.
【0050】上記第一及び第二の実施の形態において、
いずれの場合も、吐出ノズル周辺にのみにメタルマスク
が配置されているので、インクジェットプリンタヘッド
の実稼動時にインク吐出面の清掃のためにワイピングを
行った場合に、インク吐出面に付着するインクがメタル
マスクよりも相対的に親インク性であるオリフィス板表
面又は隔壁の露出部分に引き寄せられ、これにより、吐
出ノズル周辺のインクの除去・清掃が容易となる。In the first and second embodiments,
In any case, since the metal mask is arranged only around the ejection nozzle, if wiping is performed to clean the ink ejection surface during the actual operation of the ink jet printer head, ink adhering to the ink ejection surface will not be removed. The ink is attracted to the surface of the orifice plate or the exposed portion of the partition wall, which is more ink-friendly than the metal mask, so that the ink around the ejection nozzle can be easily removed and cleaned.
【0051】図4(a) 〜(f) は、第三の実施の形態にお
けるインクジェットプリンタヘッドの吐出ノズル近傍の
構成を製造工程順に示す図である。尚、同図(a) 〜(f)
は、オリフィス板とその上方の構成のみを示している。
また、図示を省略したオリフィス板よりも下方の配線電
極、発熱部、隔壁、インク導通路、インク供給溝、イン
ク供給孔、基板等の構成は、図5に示した共通配線電極
3、個別配線電極4、発熱部2、図3に示した隔壁2
3、インク導通路26、インク供給溝25、インク供給
孔24及び基板22の構成と同様である。FIGS. 4 (a) to 4 (f) are views showing the configuration in the vicinity of the discharge nozzle of the ink jet printer head according to the third embodiment in the order of the manufacturing process. The figures (a) to (f)
Shows only the orifice plate and the configuration above the orifice plate.
In addition, the configuration of the wiring electrodes, heat generating portions, partition walls, ink conduction paths, ink supply grooves, ink supply holes, substrates, and the like below the orifice plate (not shown) is the same as the common wiring electrode 3 shown in FIG. Electrode 4, heating part 2, partition 2 shown in FIG.
3, the configuration of the ink conduction path 26, the ink supply groove 25, the ink supply hole 24, and the substrate 22 is the same.
【0052】図4(a) において、図示を省略した隔壁の
上に、板厚10〜30μmのオリフィス板32を貼り付
ける。このオリフィス板32は、厚さ8〜25μmのポ
リイミドフィルム33の両面に厚さ2〜5μmの熱可塑
性ポリイミド接着剤層34を塗布したものが用いられ
る。そして、オリフィス板32表面の熱可塑性ポリイミ
ド接着剤層34の上にAi、Ti、又はTa等の金属か
らなるマスク膜35を厚さ0.5〜1μm程度に成膜す
るところまでは、図3(a) の場合と同様である。In FIG. 4A, an orifice plate 32 having a thickness of 10 to 30 μm is attached on a partition not shown. The orifice plate 32 is formed by coating a polyimide film 33 having a thickness of 8 to 25 μm with a thermoplastic polyimide adhesive layer 34 having a thickness of 2 to 5 μm on both surfaces. 3 until the mask film 35 made of a metal such as Ai, Ti, or Ta is formed to a thickness of about 0.5 to 1 μm on the thermoplastic polyimide adhesive layer 34 on the surface of the orifice plate 32. Same as (a).
【0053】本例においては、上記マスク膜35の上
に、更に図4(b) に示すように、Niメッキ層36を成
膜する。このNiメッキ層36の成膜には、フッ素樹
脂、フッ化グラファイト又はPTFE等の微粒子をNi
メッキ液に分散させて無電解で形成するNiメッキ法を
用いる。このNiメッキ層36は、表面に分散して現れ
ている上記のフッ素樹脂、フッ化グラファイト又はPT
FE等の微粒子の働きで、撥水性つまり撥インク性の膜
を形成している。これにより、吐出ノズルから吐出する
インク滴の切れをよくするようにしたものである。In this embodiment, a Ni plating layer 36 is further formed on the mask film 35 as shown in FIG. In forming the Ni plating layer 36, fine particles such as fluororesin, graphite fluoride, or PTFE are coated with Ni.
A Ni plating method is used, which is formed by electrolessly dispersing in a plating solution. The Ni plating layer 36 is formed of the above-mentioned fluororesin, graphite fluoride or PT
By the action of fine particles such as FE, a water-repellent, ie, ink-repellent, film is formed. Thus, the ink droplets ejected from the ejection nozzles are cut more easily.
【0054】上記に続いて、Niメッキ層36の上に、
吐出ノズルが形成される近傍に限定して、同図(c) に示
すように、フォトレジスト材によりレジストマスク37
を形成する。そして、同図(d) に示すように、Niメッ
キ層36及びマスク膜35をエッチングしてレジストマ
スク37を除去し、この上に、同図(e) に示すように、
膜厚が20〜30μm程度の厚膜レジスト38の被着と
そのパターニングを行う。Subsequently, on the Ni plating layer 36,
As shown in FIG. 4C, a resist mask 37 made of a photoresist material is limited to the vicinity where the discharge nozzle is formed.
To form Then, as shown in FIG. 4D, the Ni plating layer 36 and the mask film 35 are etched to remove the resist mask 37. Then, as shown in FIG.
The thick film resist 38 having a thickness of about 20 to 30 μm is deposited and patterned.
【0055】この厚膜レジスト38のパターニングの場
合も、図1(e) の場合と同様に、吐出ノズル部分及び電
極端子部分のみを開口させ、また、位置精度や加工精度
を考慮して、吐出ノズルの口径よりも厚膜レジスト38
の開口部口径のほうが1〜2μm程度大きくなるように
形成する。そして、同図(f) に示すように、吐出ノズル
39をヘリコン波ドライエッチングで穿設する。また、
このとき、オリフィス板32表面の熱可塑性ポリイミド
接着剤層34が除去される程度にオーバーエッチングし
て、厚膜レジスト38を完全に除去するようにする。こ
れにより、メタルマスク35aと同一形状の撥インク性
領域36aが吐出ノズル39の周囲に形成される。Also in the case of patterning the thick film resist 38, as in the case of FIG. 1E, only the discharge nozzle portion and the electrode terminal portion are opened, and the discharge is performed in consideration of the positional accuracy and processing accuracy. Resist 38 thicker than nozzle diameter
Is formed such that the diameter of the opening is larger by about 1 to 2 μm. Then, as shown in FIG. 6F, the discharge nozzle 39 is formed by helicon wave dry etching. Also,
At this time, the thick film resist 38 is completely removed by overetching to the extent that the thermoplastic polyimide adhesive layer 34 on the surface of the orifice plate 32 is removed. As a result, an ink-repellent region 36 a having the same shape as the metal mask 35 a is formed around the ejection nozzle 39.
【0056】そして、この構成により、吐出ノズルから
吐出するインク滴の切れを良くする撥インク性領域36
aを吐出ノズル39の周囲に有して、なおエッチング残
渣の発生が極めて少ないために適正な形状の吐出ノズル
が得られ、且つ、メタルマスクや撥インク層に皺やクラ
ックの無いインクジェットプリンタヘッドの構成を得る
ことができる。With this configuration, the ink-repellent area 36 for improving the cut of the ink droplet ejected from the ejection nozzle is provided.
a around the discharge nozzle 39, the generation of an etching residue is extremely small, so that a discharge nozzle of an appropriate shape can be obtained, and wrinkles and cracks in the metal mask and the ink repellent layer can be obtained. Configuration can be obtained.
【0057】また、この場合は、インクジェットプリン
タヘッドの実稼動時にインク吐出面の清掃のためにワイ
ピングを行った場合に、インク吐出面に付着するインク
が吐出ノズル39周囲の撥インク性領域36aから弾き
出され、その外側のオリフィス板32表面の親インク性
領域に集中するので、一層吐出ノズル周辺のインクの除
去・清掃が容易となる。In this case, when wiping is performed to clean the ink discharge surface during the actual operation of the ink jet printer head, the ink adhering to the ink discharge surface is discharged from the ink repellent area 36a around the discharge nozzle 39. Since the ink is ejected and concentrated on the ink-philic area on the outer surface of the orifice plate 32, the ink around the ejection nozzle can be more easily removed and cleaned.
【0058】尚、メタルマスクは吐出ノズルの周辺部に
限ることなく、吐出ノズル周辺部以外の領域にも形成し
て良い。The metal mask is not limited to the peripheral portion of the discharge nozzle, but may be formed in a region other than the peripheral portion of the discharge nozzle.
【0059】[0059]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、メタルマスクの被着領域を吐出ノズル周辺の必要
最小限な範囲に限定することにより、ヘリコン波エッチ
ングによる吐出ノズル加工時に、メタルマスクのエッチ
ング残渣が殆ど発生せず、したがって、従来これらが吐
出ノズルや電極端子に付着したことによるインク吐出不
良や電気接続不良等の不具合の発生を防止することがで
きる。As described above in detail, according to the present invention, by limiting the area where the metal mask is attached to the minimum necessary area around the discharge nozzle, the processing of the discharge nozzle by helicon wave etching can be performed. Almost no etching residue of the metal mask is generated, and therefore, it is possible to prevent problems such as defective ink discharge and defective electrical connection due to the fact that these residues adhere to the discharge nozzles and electrode terminals.
【0060】また、吐出ノズルを穿設する領域を除いて
メタルマスク被着領域を含む領域に圧膜レジストを被着
することにより、メタルマスクのエッチング残渣の発生
をより確実に防止することができる。Further, by depositing the pressure resist on the region including the metal mask-covered region except for the region where the discharge nozzle is formed, the generation of the etching residue of the metal mask can be more reliably prevented. .
【0061】更にまた、吐出ノズル周囲の極く限られた
領域のみにメタルマスクを形成することによりメタルマ
スクの面積が必要最小限に抑えられ、これにより、熱可
塑性ポリイミド接着剤層を両面に被着したオリフィス板
材を使用する場合でも、ドライエッチングによる吐出ノ
ズル加工時の熱による上記接着剤層とメタルマスクとの
熱膨張率の差に起因するメタルマスクの皺やクラックの
発生を防止して、インク吐出を正常に行う正常な形状の
吐出ノズルを形成することができる。Further, by forming the metal mask only in a very limited area around the discharge nozzle, the area of the metal mask can be minimized, thereby covering the thermoplastic polyimide adhesive layer on both sides. Even in the case of using the orifice plate material, the wrinkles and cracks of the metal mask caused by the difference in the coefficient of thermal expansion between the adhesive layer and the metal mask due to heat generated during the processing of the discharge nozzle by dry etching are prevented. It is possible to form a discharge nozzle having a normal shape for performing normal ink discharge.
【0062】また、同様に吐出ノズル周辺にのみドライ
エッチング用マスクを設けるので、ワイピング時のイン
クがマスクよりも相対的に親インク性であるオリフィス
板のマスクが被着されていない吐出ノズル周辺部より外
側の部分に引き寄せられ、これにより、吐出ノズル周辺
のインクの除去・清掃が容易となる。Similarly, since a dry etching mask is provided only around the discharge nozzle, the peripheral portion of the discharge nozzle where the mask of the orifice plate in which the ink at the time of wiping is more ink-friendly than the mask is not attached. The ink is attracted to the outer portion, thereby making it easy to remove and clean the ink around the ejection nozzle.
【図1】(a) 〜(f) は第一の実施の形態におけるインク
ジェットプリンタヘッドの吐出ノズル近傍の構成を製造
工程順に示す図である。FIGS. 1A to 1F are diagrams showing a configuration in the vicinity of a discharge nozzle of an ink jet printer head according to a first embodiment in the order of manufacturing steps.
【図2】(a),(b),(c) はそれぞれオリフィス板の吐出ノ
ズル形成面から見たメタルマスクの形状の例を示す平面
図である。FIGS. 2A, 2B, and 2C are plan views each showing an example of the shape of a metal mask viewed from a discharge nozzle forming surface of an orifice plate.
【図3】(a) 〜(e) は第二の実施の形態におけるインク
ジェットプリンタヘッドの構成を製造工程順に示す図で
ある。FIGS. 3A to 3E are diagrams illustrating the configuration of an ink jet printer head according to a second embodiment in the order of manufacturing steps.
【図4】(a) 〜(f) は第三の実施の形態におけるインク
ジェットプリンタヘッドの吐出ノズル近傍の構成を製造
工程順に示す図である。FIGS. 4A to 4F are diagrams showing a configuration in the vicinity of a discharge nozzle of an ink jet printer head according to a third embodiment in the order of manufacturing steps.
【図5】(a),(b),(c) は従来のルーフシュータ型インク
ジェットプリンタヘッドの製造方法を工程順に模式的に
示す概略の平面図と断面図である。FIGS. 5A, 5B, and 5C are schematic plan views and cross-sectional views schematically showing a method of manufacturing a conventional roof shooter type ink jet printer head in the order of steps.
【図6】(a) 〜(e) は従来のインクジェットプリンタヘ
ッドの製造方法における工程5及び工程6においてオリ
フィス板に吐出ノズルを穿設加工する方法を更に詳しく
示す図である。FIGS. 6 (a) to 6 (e) are diagrams showing in more detail a method of forming a discharge nozzle in an orifice plate in steps 5 and 6 in a conventional method of manufacturing an ink jet printer head.
【図7】各種部材の熱膨張係数とヤング率を示す図表で
ある。FIG. 7 is a table showing thermal expansion coefficients and Young's moduli of various members.
1 基板 1−1 表面 2 発熱部 3 共通配線電極 3−1 開口 4 個別配線電極 5 隔壁 5−1、5−2 シール隔壁 5−3 区画隔壁 6 インク供給溝 7 インク供給孔 9 オリフィス板 9−1 露出部分 11 マスク膜 11a メタルマスク 12 吐出ノズル 13 レジストマスク 14 インク導通路 15 オリフィス板 16 マスク膜 16a、16a′、16a″、16b メタルマスク 16a−1 開口部分 17 レジストマスク 18−1 吐出ノズルを形成すべき部分 18−2 形成される吐出ノズル近傍の周辺部 19 厚膜レジスト 21 吐出ノズル 22 基板 23 隔壁 24 インク供給孔 25 インク供給溝 26 インク導通路 27 レジストマスク 28 インク吐出室 29 インク流路 31 吐出ノズル 32 オリフィス板 33 ポリイミドフィルム 34 熱可塑性ポリイミド接着剤層 35 マスク膜 36 Niメッキ層 36a 撥インク性領域 37 レジスト 38 厚膜レジスト 39 吐出ノズル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 1-1 Surface 2 Heating part 3 Common wiring electrode 3-1 Opening 4 Individual wiring electrode 5 Partition 5-1, 5-2 Seal partition 5-3 Partition partition 6 Ink supply groove 7 Ink supply hole 9 Orifice plate 9- Reference Signs List 1 exposed portion 11 mask film 11a metal mask 12 discharge nozzle 13 resist mask 14 ink conduction path 15 orifice plate 16 mask film 16a, 16a ', 16a ", 16b metal mask 16a-1 opening 17 resist mask 18-1 discharge nozzle Part to be formed 18-2 Peripheral part near discharge nozzle to be formed 19 Thick film resist 21 Discharge nozzle 22 Substrate 23 Partition wall 24 Ink supply hole 25 Ink supply groove 26 Ink conduction path 27 Resist mask 28 Ink discharge chamber 29 Ink flow path 31 discharge nozzle 32 orifice plate 33 polyimide fill 34 thermoplastic polyimide adhesive layer 35 mask film 36 Ni plating layer 36a an ink-repellent region 37 resist 38 thick resist 39 discharge nozzle
Claims (6)
られた吐出ノズルから所定方向に噴射させて印字を行う
インクジェットプリンタヘッドの製造方法であって、 前記吐出ノズルを形成すべきオリフィス板材のインク吐
出面側表面に吐出ノズルを形成するためのマスク膜を被
着する工程と、 前記マスク膜を前記吐出ノズルが穿設される領域周辺の
必要領域に選択的に存在するパターンに成形する工程
と、 前記成形されたマスク膜を介して前記吐出ノズルをドラ
イエッチングにより穿設する工程と、 を有することを特徴とするインクジェットプリンタヘッ
ドの製造方法。1. A method of manufacturing an ink jet printer head for printing by applying pressure to ink and ejecting the ink in a predetermined direction from a discharge nozzle provided on an orifice plate, wherein the ink is discharged from an orifice plate material on which the discharge nozzle is to be formed. A step of applying a mask film for forming a discharge nozzle on the surface side surface, and a step of forming the mask film into a pattern selectively present in a necessary area around a region where the discharge nozzle is formed, A step of piercing the discharge nozzle by dry etching through the formed mask film.
出ノズル穿設領域を除いた領域で前記マスク膜の被着領
域を含む領域にレジスト樹脂を被着し、該レジスト樹脂
と前記マスク膜を介して前記吐出ノズルをドライエッチ
ングにより穿設することを特徴とする請求項1記載のイ
ンクジェットプリンタヘッドの製造方法。2. A resist resin is applied to an area including an area where the mask film is applied except for the area where the discharge nozzle is formed before forming the discharge nozzle. 2. The method according to claim 1, wherein the discharge nozzle is formed by dry etching through a film.
ライエッチングは、へリコン波ドライエッチングである
ことを特徴とする請求項1乃至2記載のインクジェット
プリンタヘッドの製造方法。3. The method according to claim 1, wherein the mask film is a metal film, and the dry etching is a helicon wave dry etching.
が積層された複合膜であることを特徴とする請求項1記
載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。4. The method according to claim 1, wherein the mask film is a composite film in which an ink-repellent film and a metal film are laminated.
材の両面に熱可塑性接着剤層を被着してなることを特徴
とする請求項1記載のインクジェットプリンタヘッドの
製造方法。5. The method according to claim 1, wherein the orifice plate is formed by applying a thermoplastic adhesive layer to both surfaces of a polyimide base material.
あって、少なくとも該吐出ノズルに連通するインク流路
が形成されている領域を被覆する領域であることを特徴
とする請求項1記載のインクジェットプリンタヘッドの
製造方法。6. The apparatus according to claim 1, wherein the required area is an area surrounding the ejection nozzle and covering at least an area where an ink flow path communicating with the ejection nozzle is formed. A method for manufacturing an ink jet printer head.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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- 2000-04-24 JP JP2000123115A patent/JP2001301177A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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