JP2010184422A - Manufacturing method for liquid jetting head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体噴射ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a liquid jet head.
液体噴射ヘッドは、たとえば、インクの液滴を飛翔させ、該液滴を記録媒体に付着させて情報の記録を行う方式のインクジェットプリンター等に用いられている。インクジェットプリンターは、比較的小規模な装置構成で、高解像度、高品位な画像を高速で印刷することができるという特徴を有する。 The liquid ejecting head is used in, for example, an ink jet printer that records information by causing ink droplets to fly and attaching the droplets to a recording medium. An ink jet printer has a feature that a high resolution and high quality image can be printed at a high speed with a relatively small apparatus configuration.
液体噴射ヘッドの例としては、液体を噴射するノズル孔を備えたノズルプレート、圧電素子等により駆動される振動板、振動板によって体積が変化する圧力室、および圧電素子を保護する封止板を備えたものが挙げられる。液体噴射ヘッドは、プリンター等に用いる場合、印刷される画像の解像度を高めるために、ノズル孔の間隔を狭くすることが要求され、これに伴って圧力室や圧電素子も小さく形成してより高密度化することが求められている。 Examples of the liquid ejecting head include a nozzle plate having nozzle holes for ejecting liquid, a vibration plate driven by a piezoelectric element, a pressure chamber whose volume is changed by the vibration plate, and a sealing plate for protecting the piezoelectric element. The ones provided are listed. When a liquid ejecting head is used in a printer or the like, it is required to narrow the interval between nozzle holes in order to increase the resolution of a printed image. Densification is required.
このような高密度の液体噴射ヘッドを、たとえば、MEMS(micro electro mechanical system)として、半導体の製造技術を適用して製造する試みがなされている。たとえば、特開2004−6722号公報には、シリコン基板上に圧電素子や配線などを形成し、その後、当該シリコン基板を加工して圧力室を形成し、液体噴射ヘッドを製造することが開示されている。 Attempts have been made to manufacture such a high-density liquid jet head, for example, as a micro electro mechanical system (MEMS) by applying a semiconductor manufacturing technique. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-6722 discloses that a liquid ejecting head is manufactured by forming a piezoelectric element or wiring on a silicon substrate and then processing the silicon substrate to form a pressure chamber. ing.
液体噴射ヘッドの高密度化には、半導体装置の製造技術を適用することは、極めて有効である。しかしながら、液体噴射ヘッドは、一般の半導体装置に比較して規模の大きい構造となる部位を有している。したがって、液体噴射ヘッドの製造に半導体装置の製造技術をそのまま適用すると、たとえばエッチング等で長時間を要する工程が生じる場合があった。その例として、たとえば、液体噴射ヘッドの圧力室を形成する工程がある。また、プロセス時間が長い場合は、異物の混入等も危惧される。 It is extremely effective to apply a semiconductor device manufacturing technique to increase the density of the liquid jet head. However, the liquid ejecting head has a portion that has a larger structure than a general semiconductor device. Therefore, if the semiconductor device manufacturing technique is applied as it is to the manufacture of the liquid jet head, a process requiring a long time, such as etching, may occur. For example, there is a step of forming a pressure chamber of the liquid jet head. In addition, when the process time is long, there is a risk of contamination of foreign matters.
本発明のいくつかの態様にかかる目的の一つは、簡便なプロセスで液体噴射ヘッドを製造する方法を提供することにある。 An object of some embodiments of the present invention is to provide a method of manufacturing a liquid jet head by a simple process.
本発明にかかる液体噴射ヘッドの製造方法の一態様は、
基板を準備する工程と、
前記基板の上方に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の上方に振動板を形成する工程と、
前記振動板の上方に圧電素子を形成する工程と、
前記振動板の上方に封止板を設け、前記圧電素子を封止する工程と、
前記基板を剥離する工程と、
前記振動板の前記封止板が設けられた面と反対側の面に、液相プロセスによって圧力室の側壁となる側壁部材を形成する工程と、
前記側壁部材の下方にノズル板を設け、前記圧力室を形成する工程と、
を含む。
One aspect of a method of manufacturing a liquid jet head according to the present invention is as follows.
Preparing a substrate;
Forming a sacrificial layer above the substrate;
Forming a diaphragm above the sacrificial layer;
Forming a piezoelectric element above the diaphragm;
Providing a sealing plate above the diaphragm, and sealing the piezoelectric element;
Peeling the substrate;
Forming a side wall member serving as a side wall of the pressure chamber by a liquid phase process on the surface of the diaphragm opposite to the surface on which the sealing plate is provided;
Providing a nozzle plate below the side wall member to form the pressure chamber;
including.
このようにすれば、簡便なプロセスで液体噴射ヘッドを製造することができる。 In this way, the liquid jet head can be manufactured by a simple process.
なお、本発明において、特定のA層(以下、「A層」という。)の上方に設けられた特定のB層(以下、「B層」という。)というとき、A層の上に直接B層が設けられた場合と、A層の上に他の層を介してB層が設けられた場合とを含む意味である。 In the present invention, when a specific B layer (hereinafter referred to as “B layer”) provided above a specific A layer (hereinafter referred to as “A layer”) is referred to as “B” directly on the A layer. This includes the case where the layer is provided and the case where the B layer is provided on the A layer via another layer.
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記側壁部材を形成する工程は、ナノインプリント法によって行われることができる。
In the method for manufacturing a liquid jet head of the present invention,
The step of forming the side wall member may be performed by a nanoimprint method.
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記側壁部材を形成する工程は、印刷法によって行われることができる。
In the method for manufacturing a liquid jet head of the present invention,
The step of forming the side wall member may be performed by a printing method.
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記側壁部材を形成する工程は、凸版印刷法、凹版印刷法、転写印刷法、スクリーン印刷法、およびマイクロコンタクトプリント法から選ばれる少なくとも一種によって行われることができる。
In the method for manufacturing a liquid jet head of the present invention,
The step of forming the side wall member can be performed by at least one selected from letterpress printing, intaglio printing, transfer printing, screen printing, and microcontact printing.
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記側壁部材は、ガラス、酸化シリコン、シリコン、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ノボラック樹脂およびポリイミド樹脂から選ばれる少なくとも一種によって形成されることができる。
In the method for manufacturing a liquid jet head of the present invention,
The sidewall member may be formed of at least one selected from glass, silicon oxide, silicon, silicone resin, acrylic resin, epoxy resin, novolac resin, and polyimide resin.
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記基板を剥離する工程は、前記犠牲層を変質させて行われることができる。
In the method for manufacturing a liquid jet head of the present invention,
The step of peeling the substrate may be performed by altering the sacrificial layer.
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記犠牲層は、非晶質シリコンで形成されることができ、
前記基板を剥離する工程は、前記犠牲層にレーザー光を照射して行われることができる。
In the method for manufacturing a liquid jet head of the present invention,
The sacrificial layer may be formed of amorphous silicon,
The step of peeling off the substrate may be performed by irradiating the sacrificial layer with laser light.
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記犠牲層は、樹脂で形成されることができ、
前記基板を剥離する工程は、前記犠牲層を溶媒に溶解させ、または、熱で溶融させて行われることができる。
In the method for manufacturing a liquid jet head of the present invention,
The sacrificial layer can be formed of a resin,
The step of peeling off the substrate may be performed by dissolving the sacrificial layer in a solvent or melting it with heat.
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、圧力室を効率よく形成することができ、液体噴射ヘッドを簡便なプロセスで製造することができるという特徴を有する。 The method of manufacturing a liquid jet head according to the present invention has a feature that the pressure chamber can be formed efficiently and the liquid jet head can be manufactured by a simple process.
以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の例を説明するものである。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the following embodiment demonstrates the example of this invention.
1.第1実施形態
図1〜図14は、本実施形態にかかる液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図である。本実施形態にかかる液体噴射ヘッドの製造方法は、基板を準備する工程と、振動板を形成する工程と、圧電素子を形成する工程と、圧電素子を封止する工程と、基板を剥離する工程と、側壁部材を形成する工程と、圧力室を形成する工程と、を含む。
1. 1st Embodiment FIGS. 1-14 is sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the liquid jet head concerning this embodiment. The method of manufacturing the liquid jet head according to the present embodiment includes a step of preparing a substrate, a step of forming a diaphragm, a step of forming a piezoelectric element, a step of sealing the piezoelectric element, and a step of peeling the substrate And a step of forming a side wall member and a step of forming a pressure chamber.
1.1.基板を準備する工程
まず、基板10を準備する(図1)。基板10は、後の工程で取り外される。取り外された基板10を、再度、本工程の基板10として用いることもできる。このようにすれば新たな基板を準備しなくてもよい。基板10の厚みは、基板10を板として取り扱うことができる程度の強度を有する程度であればよく、たとえば、100〜1000μmとすることができる。基板10の機能の一つとしては、後に封止板50が設けられるまでの工程における支持体となることが挙げられる。基板10としては、特に限定されず、ガラス基板、半導体基板、金属板などを挙げることができる。
1.1. Step of Preparing Substrate First, the
1.2.犠牲層を形成する工程
次に、基板10の上方に犠牲層20を形成する。犠牲層20は、基板10と振動板30との間に形成され、基板10と振動板30との間には他の層が形成されてもよい。犠牲層20の厚みは、たとえば10〜1000nmとすることができる。犠牲層20の機能の一つとしては、後述する基板10を剥離する工程における基板10の剥離を容易にすることが挙げられる。犠牲層20の材質としては、非晶質シリコン、可溶性材料、熱可塑性樹脂材料などが挙げられる。犠牲層20の材質を非晶質シリコンとする場合は、犠牲層20は、CVD(Chemical Vapour Deposition)法などのような気相成膜法により、または、非晶質シリコンの前駆体(シリコンインク、たとえば、シクロペンタシリコンをトルエンに溶解させたインク等)をスピンコート法、インクジェット法によって塗布し、変性処理等を行う液相成膜法によって形成することができる。犠牲層20の材質を可溶性材料や熱可塑性樹脂とする場合は、犠牲層20は、適当な溶媒に溶解した可溶性材料や熱可塑性樹脂をスピンコート法、インクジェット法によって塗布し、乾燥処理等を行う液相成膜法によって形成することができる。
1.2. Step of Forming Sacrificial Layer Next, the
犠牲層20に用いうる可溶性材料としては、ポリビニルアルコール、水溶性ポリウレタン樹脂、レジスト材料などが挙げられる。また、犠牲層20に用いうる熱可塑性樹脂としては、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂などを挙げることができる。
Examples of the soluble material that can be used for the
1.3.振動板を形成する工程
次に、図2に示すように、犠牲層20の上方に振動板30を形成する。振動板30は、たとえば、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、および酸化アルミニウムから選ばれる少なくとも一種の層、または該層の積層体とすることができる。また、振動板30には、たとえば、ステンレス鋼等の金属の層が積層されていてもよい。振動板30は、圧電素子40が駆動することによって振動する機能を有することができる。振動板30は、圧力室70が形成された後、圧電素子40の動作によって変形し、圧力室72の体積を変化させる機能を有する。すなわち、液体が充填された圧力室72の体積が小さくなれば、圧力室72内部の圧力が大きくなり、ノズル板90のノズル孔92より液体が噴射される。振動板30は、基板10の上に、スパッタ法、真空蒸着、CVD法などの方法で形成することができる。図2の例では、基板10の上に犠牲層20が形成され、その上に振動板30が形成されている。
1.3. Step of Forming Diaphragm Next, as shown in FIG. 2, the
1.4.圧電素子を形成する工程
次に振動板30の上方に圧電素子40を形成する。図5に示すように、圧電素子40は、少なくとも下部電極42と、圧電体層44と、上部電極46と、を有する。図3および図4は、振動板30の上に圧電素子40を形成する工程の一例を示している。
1.4. Step of Forming Piezoelectric Element Next, the
図3に示すように、振動板30の上に下部電極42を形成する。下部電極42は、上部電極46と対になり、圧電体層44を挟む一方の電極として機能する。下部電極42は、たとえば、複数の圧電素子40の共通電極とすることができる。図5の例では、下部電極42は、4つの圧電素子40の共通電極として描かれている。下部電極42は、図示せぬ外部回路と電気的に接続されることができる。下部電極42の厚みは、たとえば100〜300nmとすることができる。下部電極42の材質は、導電性を有する限り特に限定されず、たとえば、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物(たとえば酸化イリジウムなど)、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物、ランタンとニッケルの複合酸化物などを用いることができる。また、下部電極42は、前記例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
As shown in FIG. 3, the
下部電極42は、振動板30の上面の全面に、スパッタ法、真空蒸着、CVD法などの方法で導電体の層を形成した後、フォトリソグラフィー等によりパターニングして形成されることができる。また、下部電極42は、印刷法などのパターニングが不要な方法によって形成されてもよい。
The
圧電体層44は、下部電極42の上方に設けられる。圧電体層44の厚みは、500〜1500nmとすることができる。圧電体層44は、下部電極42および、上部電極46によって電界が印加されることで伸縮変形し、これにより変形して機械的な出力を行うことができる。圧電体層44には、圧電性を有する材料を用いることができる。圧電体層44の材質としては、一般式ABO3で示されるペロブスカイト型酸化物(たとえば、Aは、Pbを含み、Bは、ZrおよびTiを含む。)を好適に用いることができる。このような材質の具体的な例としては、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3)(以下、本明細書において「PZT」と略すことがある。)、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti,Nb)O3)(以下、本明細書において「PZTN」と略すことがある。)、およびチタン酸バリウム(BaTiO3)、ニオブ酸カリウムナトリウム((K,Na)NbO3)などが挙げられる。これらのうち、圧電体層44の材質としては、PZTおよびPZTNが、圧電性能が特に良好であるためさらに好適である。
The
圧電体層44は、ゾルゲル法やCVD法などによって形成されることができる。ゾルゲル法においては、原料溶液塗布、予備加熱、結晶化アニールの一連の作業を複数回繰り返して所望の膜厚にしてもよい。図4は、パターニング前の圧電体層44aを全面に形成した状態を示している。
The
上部電極46は、圧電体層44の上に形成される。上部電極46は、下部電極42と対になり、圧電体層44を挟む一方の電極として機能する。上部電極46の厚みは、圧電素子40の動作に悪影響を与えない範囲であれば限定されない。上部電極46の厚みは、たとえば50〜200nmとすることができる。上部電極46の材質および形成方法は、下部電極42と同様である。図4は、パターニング前の上部電極46aを全面に形成した状態を示している。
The
圧電素子40は、図4および図5に示すように、圧電体層44aおよび上部電極46aを積層した後、パターニングして形成されることができる。上部電極46aおよび圧電体層44aのパターニングは、フォトリソグラフィー等の方法を用いマスク等を形成して行うことができる。またこの工程では、フォトリソグラフィー等を複数回行ってもよい。本工程のエッチングは、たとえばドライエッチング等の方法により行うことができる。なお、圧電体層44の結晶化アニールは、上部電極46を形成した後に行ってもよい。
4 and 5, the
また、圧電素子40は、保護層を含むことができる(図示せず)。保護層は、少なくとも圧電体層44の側面に形成されることができる。保護層は、外部から拡散してくる水分、水素、および還元性の気体などの不純物が圧電体層44へ侵入あるいは拡散し、圧電体層44が劣化することを防止する機能を有する。すなわち保護層は、水分等の不純物のバリア性を有している。この機能により、圧電体層44が不純物から保護され、圧電体層44の側面を伝わって流れる漏れ電流を低減するなどの効果を奏することができる。保護層の厚みは、材質に依存するが、1〜2000nmとすることが好ましい。保護層の厚みが1nmよりも小さいと、不純物のバリア性能が十分に得られないことがあり2000nmよりも大きいと、圧電素子40の機械的な動作を拘束してしまう場合がある。
The
保護層は、不純物のバリア性が高く、ヤング率のできるだけ小さい材質で形成されることが好ましい。このような材質としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、および酸化アルミニウムなどの無機化合物、パラキシリレン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アリル樹脂、アルキド樹脂、エポキシアクリレート樹脂およびシリコーン樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種あるいはそれらの変性体、などの有機化合物、および有機/無機ハイブリッド系材料が挙げられる。保護層は、また、上記例示した材料から選ばれる少なくとも1種によって形成されることができる。 The protective layer is preferably formed of a material having a high impurity barrier property and a Young's modulus as low as possible. Such materials include inorganic compounds such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, and aluminum oxide, paraxylylene resins, polyimide resins, polyamide resins, epoxy resins, phenol resins, melamine resins, urea resins, Organic compounds such as benzoguanamine resins, polyurethane resins, unsaturated polyester resins, allyl resins, alkyd resins, epoxy acrylate resins and silicone resins, or modified products thereof, and organic / inorganic hybrid materials Is mentioned. The protective layer can also be formed of at least one selected from the materials exemplified above.
また、圧電素子40には、必要に応じて、上部電極46に電気的に接続する配線を設けることができる(図示せず)。たとえば、配線は、上部電極46と電気的に接続し延出して設けることができる。配線は、回路素子等に接続されることができる。圧電素子40が保護層を有する場合は、保護層にスルーホールを形成し、配線250および上部電極46を接続してもよい。
In addition, the
以上のようにして、図5に示すような圧電素子40が形成される。圧力室72が形成されたあと、圧電素子40を動作させると、振動板30を変形させることができる。これにより、圧力室72の体積を変化させることができる。
As described above, the
1.5.圧電素子を封止する工程
次に、振動板30の上方に封止板50を設け、圧電素子40を封止する。図6は、圧電素子40を封止する工程を模式的に示す断面図である。本工程では、振動板30の上方に、封止板50を設け、圧電素子40を封止板50と振動板30との間に形成される空洞52内に封止する。
1.5. Step of Sealing Piezoelectric Element Next, a sealing
封止板50は、圧電素子40を覆うことができる形状を有する。封止板50は、図示の例では複数の圧電素子40を覆っているが、1つの圧電素子40を覆う形状であってもよい。封止板50は、圧電素子40と接することなく設けられる。封止板50が設けられると、封止板50と振動板30との間に空洞52が形成される。空洞52の形状は、図示の例では矩形の断面を有しているがこれに限定されない。
The sealing
空洞52は、密閉空間とすることができる。空洞52内は、大気圧よりも低い圧力を有していてもよい。また、空洞52には、窒素、アルゴン等の不活性ガスが封入されていてもよい。封止板50の機能としては、圧電素子40が異物と接触すること等から保護すること、および、後の工程で基板10が剥離された際に、アクチュエーター構造体60の取り扱いを容易にすること、などが挙げられる。封止板50の材質としては、金属、セラミックス、シリコン、ガラス等が挙げられる。
The
封止板50を振動板30の上方に設ける方法としては、接着剤を介して接着する方法、陽極接合による方法、および常温接合による方法などを挙げることができる。振動板30および封止板50の接合は、減圧チャンバー内で行われてもよく、また、加圧チャンバー内で行われてもよい。さらに、振動板30および封止板50の接合は、加熱または冷却された環境で行われてもよい。封止板50が設けられると、図6に示すように、アクチュエーター構造体60が形成される。
Examples of the method of providing the sealing
1.6.基板を剥離する工程
次に、基板10を剥離する。基板10は、剥離された後、必要に応じ洗浄を行えば、再利用することができる。基板10の剥離は、犠牲層20の性質に応じて行うことができる。基板10は、犠牲層20の接着力が小さい場合には、機械的に剥離されてもよい。また、基板10は、犠牲層20を変質させて剥離されてもよい。
1.6. Step of peeling substrate Next, the
犠牲層20を変質させて剥離する場合、犠牲層20を変質させる具体的な方法としては、犠牲層20が非晶質シリコンで形成された場合は、犠牲層20に、たとえばエキシマレーザー(XeCl)光を照射することにより、非晶質シリコンを変性させることができる。これにより、犠牲層20の接着力が小さくなって基板10の剥離を容易化することができる。また、犠牲層20が熱可塑性樹脂で形成された場合は、加熱することにより、熱可塑性樹脂を軟化させることができる。これにより、基板10の剥離を容易化することができる。さらに、犠牲層20が可溶性樹脂で形成された場合は、可溶性樹脂を溶解可能な溶媒に剥離前の基板10を浸漬するなどして、可溶性樹脂を溶解することができる。これにより、基板10の剥離を容易化することができる。
When the
本工程を経て基板10が剥離されると、図7に示すような、振動板30の上方に圧電素子40が形成され、該圧電素子40が封止板50によって封止された構造の、アクチュエーター構造体60が得られる。アクチュエーター構造体60は、封止板50を備えており、以降の工程で一枚の板として取り扱うことができる。
When the
1.7.側壁部材を形成する工程
次に、振動板30の封止板50が設けられた面と反対側の面に、液相プロセスによって圧力室72の側壁となる側壁部材70を形成する。本実施形態では、本工程はいわゆるナノインプリント法を用いて行われる。図8〜図12は、本工程を模式的に示す断面図である。なお、図8〜図12は、アクチュエーター構造体60を図7とは上下逆にして描いてある。
1.7. Step of Forming Side Wall Member Next, the
まず、図8に示すように、側壁部材70の原料液を塗布して原料層70aを形成する。側壁部材70の原料液は、流動性を有するため、本工程は液相プロセスの一種である。原料液の塗布は、原料液の液滴を滴下する方法、スピンコート法、インクジェット法などによって行うことができる。塗布される原料液の量は、適宜調節されることができるが、形成される側壁部材70の体積よりも多いことが好ましい。図示の例では、塗布された原料層70aは、平坦な層状に形成されているが、液滴状に形成されてもよい。
First, as shown in FIG. 8, a
次に、図9に示すように、あらかじめ準備されたテンプレート80を、アクチュエーター構造体60の原料層70aが形成された面に押しつける。テンプレート80は、凹凸形状を有しており、図示の例では、突部82が圧力室72の形状となるように形成されている。テンプレート80の凹凸は、圧力室72が、圧電素子40に対応するようにして形成されている。また、圧力室70の深さ、すなわち、テンプレート80の凸部と凹部との段差は、たとえば、10〜150μmが好ましい。テンプレート80は、PDMS(ポリジメチルシロキサン)などの高分子材料や、ガラス、金属などで形成されることができる。本工程によって、塗布されている原料層70aは、テンプレート80の形状にしたがって流動、変形し、図12に示すような形状の側壁部材70が成形される。
Next, as shown in FIG. 9, a
図10の例では、テンプレート80は、振動板30に接触するように押しつけられている。また、図11に示す例では、テンプレート80と振動板30とを接触させないように押しつけられている。図11に示すようなテンプレート80と振動板30との間の原料層70aは、硬化された後、振動板30の一部となることができ、振動板30とともに振動することができる。このようにすれば、振動板30が液体噴射ヘッド100に導入される液体と接触しないようにすることができ、振動板30の信頼性を高めることができる。
In the example of FIG. 10, the
次に、成形された原料層70に熱、光等を加えて、硬化させる。側壁部材70の材質としては、ガラス、シリコーン樹脂などが挙げられ、原料液としては、それぞれ、低融点ガラス、シリコーン樹脂(たとえば、信越化学工業株式会社製:型番SCR−1015など)が挙げられる。原料液として、低融点ガラスを用いる場合は、加熱して溶融化させた後、冷却することにより硬化させることができる。原料液としてシリコーン樹脂を用いる場合は、図10または図11に示したような、テンプレート80をアクチュエーター構造体60に押しつけた状態で、加熱することにより硬化することができる。また、原料液として、光によって硬化するものを用いた場合は、テンプレート80を透明材料で形成されたものとし、テンプレート80側から光を照射して硬化させることができる。
Next, the formed
以上のようにして、アクチュエーター構造体60の振動板30側に、側壁部材70が形成される(図12)。上記のようないわゆるナノインプリント法は、エッチング等の工程が不要で、非常に簡便である。そのため、いわゆるナノインプリント法によれば、液体噴射ヘッド100の製造工程を従来のフォトリソグラフィー法による場合より大幅に簡略化できる。なお、本明細書では、ナノインプリント法の名称を用いているが、この名称は、テンプレート80の凹凸のサイズ等がナノメートルオーダーであることに限定するものではない。
As described above, the
1.8.圧力室を形成する工程
次に、側壁部材70の下方にノズル板90を設け、圧力室72を形成する。図13は、本工程を模式的に示す断面図である。本工程の前までに、図12に示すような、側壁部材70の間に圧力室72となる空間が形成されている。本工程では、図13に示すように側壁部材70の下方にノズル板90を設ける。ノズル板90が側壁部材70の下方に設けられると、圧力室72が形成される。圧力室72は、振動板30、側壁部材70およびノズル板90によって区画された空間となる。圧力室72は、図示せぬリザーバー等に連通することができる。
1.8. Step of Forming Pressure Chamber Next, the
ノズル板90は、ノズル孔92を有する。ノズル板90には、複数のノズル孔92が形成されていてもよい。ノズル孔92は、圧力室72に連通するように形成される。ノズル板90は、たとえば、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、シリコン等で形成することができる。ノズル板90にノズル孔92を形成する方法としては、機械的にパンチによる方法や、イオンエッチング法またはドライエッチング法をフォトリソグラフィーなどと組み合わせた方法を用いることができる。
The
ノズル板90と側壁部材70との接合は、たとえば、接着剤を用いて接合する方法を用いることができる。
For joining the
ノズル板90が設けられた後、たとえば、図13に示すように、ダイシングライン1に沿ってダイシングを行うことにより、個片化された液体噴射ヘッド100を製造することができる。以上のようにして、図14に示すような、液体噴射ヘッド100を製造することができる。
After the
本実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法は、圧力室70の形成において、ナノインプリント法を用いている。そのため、非常に簡便なプロセスで液体噴射ヘッドを形成することができる。しかも、ナノインプリント法を用いるためエッチング等の工程がない。そのため、ノズル板90を設ける際の、側壁部材70の下面は、非常に清浄な状態となっている。したがって本実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法によれば、信頼性の高い液体噴射ヘッドを提供することができる。
The manufacturing method of the liquid jet head according to the present embodiment uses the nanoimprint method in forming the
2.第2実施形態
本実施形態にかかる液体噴射ヘッドの製造方法は、側壁部材を形成する工程が異なる以外は、第1実施形態と同様である。したがって、側壁部材を形成する工程以外の工程は、同一の部材に同一の名称および符号を付すこととし、説明を省略する。
2. Second Embodiment A method of manufacturing a liquid jet head according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that the step of forming the side wall member is different. Therefore, steps other than the step of forming the side wall member will be given the same name and reference numeral to the same member, and description thereof will be omitted.
本実施形態では、側壁部材を形成する工程に、転写印刷法を用いる場合を例示する。図15〜図17は、本実施形態の液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図である。なお図17では、アクチュエーター構造体60を図7とは上下逆にして描いてある。本工程の前までに、第1実施形態と同様にして、図7に示すようなアクチュエーター構造体60が形成されている。なお、本実施形態においても側壁部材70の原料液は、第1実施形態と同様に流動性を有するため、本工程は液相プロセスの一種である。
In this embodiment, the case where the transfer printing method is used for the step of forming the side wall member is illustrated. 15 to 17 are cross-sectional views schematically showing the manufacturing process of the liquid jet head of this embodiment. In FIG. 17, the
本実施形態では、まず、図15に示すように、フラット版200に側壁部材70の原料液を塗布して原料層70aを形成する。原料層70aの厚みは、側壁部材70の厚みと同じか、溶媒等の蒸発を見込んで大きく形成されることができる。この工程は、スピンコート法、インクジェット法、スリットコート法、スプレーコート法などを用いて行うことができる。フラット版200の材質としては、たとえばPDMSを用いることができる。
In the present embodiment, first, as shown in FIG. 15, the
次に、図15に示すように、マスター版210をフラット版200の上の原料層70aに接触させる。そして、マスター版210を離間させると、図16に示すように、フラット版200から、原料層70aの不要部が除去される。取り除かれた原料層70aは、マスター版210の凸部に吸着されている。この例では、フラット版200における原料層70aが除去された部分が圧力室72となる。マスター版210の材質としては、各種樹脂、ガラス、シリコン、ニッケルなどを用いることができる。マスター版210の材質は、例示した中でも、原料液との親和性の高いものを用いることがさらに好ましい。本実施形態では、側壁部材70の材質としては、シリコン、酸化シリコン、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ノボラック樹脂およびポリイミド樹脂とすることができる。
Next, as shown in FIG. 15, the
次に、図17に示すように、フラット版200をアクチュエーター構造体60の振動板30の面に接触させる。そして、フラット版200を剥離すると、アクチュエーター構造体60に原料層70aが転写され、適宜加熱、光照射などを行えば、図12に示すような側壁部材70が形成される。
Next, as shown in FIG. 17, the
本実施形態の側壁部材70を形成する工程において、アクチュエーター構造体60に原料層70aを設ける前に、原料層70aに含まれる溶媒等の予備乾燥を行ってもよい。予備乾燥を行うと、たとえば原料層70aの変形等が抑制され、側壁部材70の寸法精度をさらに高めることができる。また、予備乾燥を行うことにより原料層70aを加熱または光照射等によって側壁部材70とする際の、形状の変化をより小さくすることができる。
In the step of forming the
なお、本実施形態では、転写印刷法について例示しているが、本工程は、同様にして凸版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法、およびマイクロコンタクトプリント法の少なくとも一種によって行われることができ、いずれの場合も上記と同様の効果を得ることができる。 In this embodiment, the transfer printing method is illustrated, but this step can be similarly performed by at least one of a relief printing method, an intaglio printing method, a screen printing method, and a micro contact printing method. In any case, the same effect as described above can be obtained.
本実施形態では、印刷法によって側壁部材70が形成される。そのため、側壁部材70の厚みを調節するために、本工程を複数回行うことができる。すなわち、本実施形態では、側壁部材70を積層して、側壁部材70の厚みを増加させることを容易に行うことができる。このようにすれば、アスペクト比の大きい、すなわち、より深い圧力室72を形成することが容易である。
In the present embodiment, the
以上のようにして、図12に示すようなアクチュエーター構造体60の振動板30側に、側壁部材70が形成される。上記のような印刷法は、エッチング等の工程が不要で、非常に簡便である。そのため、印刷法によれば、液体噴射ヘッドの製造工程を従来のフォトリソグラフィー法による場合より大幅に簡略化できる。
As described above, the
この後、第1実施形態と同様にして、液体噴射ヘッド100が製造される。
Thereafter, the
本実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法は、圧力室70の形成において、印刷法を用いている。そのため、非常に簡便なプロセスで液体噴射ヘッドを形成することができる。しかも、印刷法を用いるためエッチング等の工程がない。そのため、封止板90を設ける際の、側壁部材70の下面は、非常に清浄な状態となっている。したがって本実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法によれば、信頼性の高い液体噴射ヘッドを提供することができる。
The manufacturing method of the liquid jet head according to the present embodiment uses a printing method in forming the
3.第3実施形態
図18は、本実施形態の液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図である。本実施形態にかかる液体噴射ヘッドの製造方法は、側壁部材を形成する工程が異なる以外は、第1実施形態と同様である。したがって、側壁部材を形成する工程以外の工程は、同一の部材に同一の名称および符号を付すこととし、説明を省略する。
3. Third Embodiment FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing the manufacturing process of the liquid jet head of this embodiment. The manufacturing method of the liquid jet head according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that the step of forming the side wall member is different. Therefore, steps other than the step of forming the side wall member will be given the same name and reference numeral to the same member, and description thereof will be omitted.
本実施形態では、側壁部材を形成する工程に、感光性樹脂または感光性接着剤を用いる場合を例示する。なお、図18は、アクチュエーター構造体60を図7とは上下逆にして描いてある。本工程の前までに、第1実施形態と同様にして、図7に示すようなアクチュエーター構造体60を形成されている。なお、感光性樹脂または感光性接着剤は、第1実施形態と同様に流動性を有するため、本工程は液相プロセスの一種である。
In this embodiment, the case where a photosensitive resin or a photosensitive adhesive is used for the step of forming the side wall member is illustrated. In FIG. 18, the
本実施形態では、まず、図17に示すように、アクチュエーター構造体60の振動板30に感光性樹脂または感光性接着剤を塗布して原料層70aを形成する。原料層70aの厚みは、側壁部材70の厚みと同じか、溶媒等の蒸発を見込んで大きく形成されることができる。この工程はスピンコート法やインクジェット法を用いて行うことができる。
In the present embodiment, first, as shown in FIG. 17, a
次に、感光性樹脂または感光性接着剤にマスク82等を用いてパターンを形成する。形成されるパターンは、側壁部材70となり、原料層70aに圧力室72となる領域が形成される。この工程は、フォトリソグラフィー法と同様にして行うことができる。感光性樹脂または感光性接着剤は、ポジ型およびネガ型のいずれでもよい。感光性樹脂としては、たとえば、ノボラック系の樹脂を用いることができ、市販品としては、東京応化工業株式会社の商品名TMMR−S2000等を用いることができる。感光性接着剤としては、たとえば、エポキシ樹脂、エポキシ−アクリレート樹脂、アクリレート樹脂、ポリイミドシリコーン樹脂系などの接着剤を用いることができ、市販品としては、太陽インキ株式会社の商品名U−100等を用いることができる。また、現像液としては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を挙げることができる。
Next, a pattern is formed using a
本工程を経ると、アクチュエーター構造体60の上で感光性樹脂または感光性接着剤がパターニングされ、適宜加熱、光照射などを行って、図12に示すような側壁部材70が形成される。なお、側壁部材70が感光性接着剤で形成される場合は、次の圧力室72を形成する工程において、接着剤等を用いることなく、側壁部材70とノズル板90とを接合することができる。
After this step, the photosensitive resin or the photosensitive adhesive is patterned on the
また、本実施形態の側壁部材70を形成する工程において、感光性接着剤に代えて、感光性接着シートを用いてもよい。この場合は、アクチュエーター構造体60の振動板30に感光性接着シートを貼付することにより、図18の原料層70aと同様の層を形成することができる。感光性接着シート360としては、エポキシなどの材質で形成されたシートを挙げることができ、市販品としては、日東電工株式会社製の商品名P−3Yなどを挙げることができる。
In the step of forming the
以上のようにして、図12に示すようなアクチュエーター構造体60の振動板30側に、側壁部材70が形成される。上記のような感光性樹脂または感光性接着剤を用いる方法は、エッチング等の工程が不要で、非常に簡便である。そのため、液体噴射ヘッドの製造工程を従来のフォトリソグラフィー法による場合より簡略化できる。
As described above, the
この後、第1実施形態と同様にして、液体噴射ヘッド100が製造される。
Thereafter, the
本実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法は、圧力室70の形成において、感光性樹脂または感光性接着剤を用いている。そのため、簡便なプロセスで液体噴射ヘッドを形成することができる。しかも、感光性接着剤を用いる場合は、封止板90を設ける際の、側壁部材70との間に接着剤等を設ける必要がない。したがって本実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法によれば、信頼性の高い液体噴射ヘッドを提供することができる。
In the method of manufacturing the liquid jet head according to the present embodiment, a photosensitive resin or a photosensitive adhesive is used in forming the
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, the present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same purposes and effects). In addition, the present invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
本発明にかかる液体噴射ヘッドの製造方法は、非常に簡便に圧力室を形成することができ、極めて効率よく液体噴射ヘッドを形成することができる。 The manufacturing method of the liquid jet head according to the present invention can form the pressure chamber very easily, and can form the liquid jet head very efficiently.
1…ダイシングライン、10…基板、20…犠牲層、30…振動板、40…圧電素子、
42…下部電極、44,44a…圧電体層、46,46a…上部電極、50…封止板、
52…空洞、60…アクチュエーター構造体、70…側壁部材、70a…原料層、
72…圧力室、80…テンプレート、82…マスク、90…ノズル板、92…ノズル孔、
100…液体噴射ヘッド、200…フラット版、210…マスター版
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Dicing line, 10 ... Board | substrate, 20 ... Sacrificial layer, 30 ... Diaphragm, 40 ... Piezoelectric element,
42 ... Lower electrode, 44, 44a ... Piezoelectric layer, 46, 46a ... Upper electrode, 50 ... Sealing plate,
52 ... Cavity, 60 ... Actuator structure, 70 ... Side wall member, 70a ... Raw material layer,
72 ... Pressure chamber, 80 ... Template, 82 ... Mask, 90 ... Nozzle plate, 92 ... Nozzle hole,
100 ... Liquid ejecting head, 200 ... Flat plate, 210 ... Master plate
Claims (8)
前記基板の上方に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の上方に振動板を形成する工程と、
前記振動板の上方に圧電素子を形成する工程と、
前記振動板の上方に封止板を設け、前記圧電素子を封止する工程と、
前記基板を剥離する工程と、
前記振動板の前記封止板が設けられた面と反対側の面に、液相プロセスによって圧力室の側壁となる側壁部材を形成する工程と、
前記側壁部材の下方にノズル板を設け、前記圧力室を形成する工程と、
を含む、液体噴射ヘッドの製造方法。 Preparing a substrate;
Forming a sacrificial layer above the substrate;
Forming a diaphragm above the sacrificial layer;
Forming a piezoelectric element above the diaphragm;
Providing a sealing plate above the diaphragm, and sealing the piezoelectric element;
Peeling the substrate;
Forming a side wall member serving as a side wall of the pressure chamber by a liquid phase process on the surface of the diaphragm opposite to the surface on which the sealing plate is provided;
Providing a nozzle plate below the side wall member to form the pressure chamber;
A method of manufacturing a liquid jet head, comprising:
前記側壁部材を形成する工程は、ナノインプリント法によって行われる、液体噴射ヘッドの製造方法。 In claim 1,
The process of forming the said side wall member is a manufacturing method of the liquid jet head performed by the nanoimprint method.
前記側壁部材を形成する工程は、印刷法によって行われる、液体噴射ヘッドの製造方法。 In claim 1,
The step of forming the side wall member is a method of manufacturing a liquid jet head, which is performed by a printing method.
前記側壁部材を形成する工程は、凸版印刷法、凹版印刷法、転写印刷法、スクリーン印刷法、およびマイクロコンタクトプリント法から選ばれる少なくとも一種によって行われる、液体噴射ヘッドの製造方法。 In claim 3,
The step of forming the sidewall member is a method of manufacturing a liquid jet head, which is performed by at least one selected from a relief printing method, an intaglio printing method, a transfer printing method, a screen printing method, and a microcontact printing method.
前記側壁部材は、ガラス、酸化シリコン、シリコン、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ノボラック樹脂およびポリイミド樹脂から選ばれる少なくとも一種によって形成される、液体噴射ヘッドの製造方法。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
The method of manufacturing a liquid jet head, wherein the side wall member is formed of at least one selected from glass, silicon oxide, silicon, silicone resin, acrylic resin, epoxy resin, novolac resin, and polyimide resin.
前記基板を剥離する工程は、前記犠牲層を変質させて行われる、液体噴射ヘッドの製造方法。 In any one of Claims 1 thru | or 5,
The method of manufacturing a liquid ejecting head, wherein the step of peeling the substrate is performed by altering the sacrificial layer.
前記犠牲層は、非晶質シリコンで形成され、
前記基板を剥離する工程は、前記犠牲層にレーザー光を照射して行われる、液体噴射ヘッドの製造方法。 In claim 6,
The sacrificial layer is formed of amorphous silicon;
The step of peeling the substrate is performed by irradiating the sacrificial layer with a laser beam.
前記犠牲層は、樹脂で形成され、
前記基板を剥離する工程は、前記犠牲層を熱で溶融させ、または、溶媒に溶解させて行われる、液体噴射ヘッドの製造方法。 In claim 6,
The sacrificial layer is formed of a resin,
The step of peeling the substrate is performed by melting the sacrificial layer with heat or dissolving it in a solvent.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009029851A JP2010184422A (en) | 2009-02-12 | 2009-02-12 | Manufacturing method for liquid jetting head |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017123728A (en) * | 2016-01-07 | 2017-07-13 | セイコーエプソン株式会社 | Piezoelectric actuator, electronic apparatus, and robot |
-
2009
- 2009-02-12 JP JP2009029851A patent/JP2010184422A/en not_active Withdrawn
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