專利名稱：噴墨頭的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過對油墨等液體施加能量從而噴出液體的噴墨頭的制造方法。
現(xiàn)有技術(shù)作為個(gè)人計(jì)算機(jī)的印刷裝置，使用噴墨記錄裝置的打印機(jī)，由于其打字性能良好、成本低而得到廣泛利用。這種噴墨記錄裝置中，利用熱能量使油墨中產(chǎn)生氣泡、利用這些氣泡導(dǎo)致的壓力波噴出墨滴的裝置，利用靜電力吸引噴出墨滴的裝置，以及利用壓電元件之類的振子產(chǎn)生的壓力波的裝置等已經(jīng)得到開發(fā)。
上述噴墨記錄裝置之中，使用壓電元件的裝置具有與噴墨出口連通的油墨流路、與該油墨流路的壓電元件對應(yīng)的壓力發(fā)生室、與該壓力發(fā)生室對應(yīng)設(shè)置的例如薄膜的壓電元件、與該壓電薄膜接合的振動(dòng)板膜。其構(gòu)成是，如果對壓電薄膜施加預(yù)定的電壓，則通過壓電薄膜的伸縮，使壓電薄膜和振動(dòng)板膜成為一體，產(chǎn)生振動(dòng)，壓縮壓力發(fā)生室內(nèi)的油墨，由此從噴墨出口噴出油墨液滴。
但是，近年來，就噴墨記錄裝置而言，要求提高其打字性能，特別是高分辨率和高速打字。為此，必須減少一次的噴墨量，并且進(jìn)行高速驅(qū)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)這些要求，特開平9-123448號公報(bào)公開了一種方法，為了減少壓力發(fā)生室的壓力損失，縮小壓力發(fā)生室的容積。
并且，出于不同目的，專利3168713號公報(bào)公開了一種噴墨頭，使用Si{110}作為基片，將Si{111}晶面用于油墨壓力發(fā)生室側(cè)面。而且，特開2000-246898號公報(bào)公開了一種頭，在與硅基片上設(shè)置的空腔對置的區(qū)域配置壓電元件，確保各壓力發(fā)生室間的隔壁剛性，防止串?dāng)_。
但是，以往的技術(shù)中，難以簡易且高密度、高精度地形成設(shè)置壓電元件的頭整體的強(qiáng)度比較大、并且容積較小強(qiáng)度也較小的壓力發(fā)生室。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種噴墨頭的制造方法，能夠簡易且高密度、高精度地形成設(shè)置壓電元件的頭整體的強(qiáng)度較大、并且容積較小強(qiáng)度也較小的壓力發(fā)生室。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種噴墨頭的制造方法，在基片上設(shè)置用于從噴出口噴出油墨的壓電元件，以及與該壓電元件對應(yīng)地連通到所述噴出口的油墨流路，其特征在于按以下順序包括下列工序在所述基片上設(shè)置與所述油墨流路對應(yīng)的型材；設(shè)置覆蓋所述型材的所述油墨流路的壁材；通過去除與所述基片的所述壓電元件對應(yīng)的部分，在所述基片形成空間；去除所述型材形成所述油墨流路。
根據(jù)本發(fā)明，可以通過型材的尺寸精度來控制容積較小的壓力發(fā)生室的尺寸精度。而且，由于是在基片上設(shè)置型材的狀態(tài)，實(shí)施對基片的加工(去除與壓電元件對應(yīng)的部分)，所以通過該加工能夠防止、降低強(qiáng)度較弱的壁材受到影響。由此，可以高精度地形成壓力發(fā)生室。
而且，根據(jù)本發(fā)明，由于是通過去除與基片的壓電元件對應(yīng)的部分，在基片形成空間，所以壓電元件的機(jī)械位移的自由度高。由此，可以使壓電元件產(chǎn)生的較小位移與效率良好的油墨噴出相結(jié)合。而且，由于用強(qiáng)度較強(qiáng)的基片支撐發(fā)生機(jī)械位移的壓電元件，所以設(shè)置壓電元件的頭整體的強(qiáng)度較大。
據(jù)此，本發(fā)明是將優(yōu)先要求高精度的油墨流路、優(yōu)先要求機(jī)械位移自由度的壓電元件、和優(yōu)先要求機(jī)械強(qiáng)度的基片完美地復(fù)合組合起來。
因此，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種噴墨頭的制造方法，能夠簡易且高密度、高精度地形成設(shè)置壓電元件的頭整體的強(qiáng)度較大、并且容積較小強(qiáng)度較小的壓力發(fā)生室。由此，可以利用簡易的工藝，制造合格率高、高密度的壓電元件驅(qū)動(dòng)型噴墨頭。結(jié)果，能夠提供液體種類適用性高、可以高品位印字的噴墨頭。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過各向異性腐蝕晶面方位是{110}的硅基片，在基片的振動(dòng)板背面?zhèn)刃纬煽臻g，由此可以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)板的薄膜化和細(xì)微化。而且，通過各向異性腐蝕晶面方位是{110}的硅基片，與形成空間同時(shí)形成液體供給口，可以使工序縮短。
在進(jìn)行各向異性腐蝕之前，利用感光性樹脂形成液體流路和液體噴出口，可以使噴出口間距細(xì)微化和縮短工序。
通過使在基片形成的空間的側(cè)壁，與形成空間之前的該基片的主面基本垂直(與硅的{111}晶面平行)，可以高密度地配設(shè)多個(gè)壓力發(fā)生室，獲得基片空間彼此之間的部分的強(qiáng)度較強(qiáng)的頭。
通過電鍍處理形成油墨流路的壁材，可以簡易、高合格率并且高精度地形成油墨流路。


圖1是采用根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的噴墨頭的一個(gè)例子的示意性剖面圖。
圖2是采用根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的噴墨頭的一個(gè)例子的示意性俯視圖。
圖3是采用根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的噴墨頭的一個(gè)例子的示意性仰視圖。
圖4A-4D是說明根據(jù)本發(fā)明的噴墨頭的制造方法的制造流程圖。
圖5A-5D是說明根據(jù)本發(fā)明的噴墨頭的制造方法的制造流程圖。
圖6A-6C是說明根據(jù)本發(fā)明的噴墨頭的制造方法的制造流程圖。
圖7A-7C是說明根據(jù)本發(fā)明的噴墨頭的制造方法的制造流程圖。
圖8A-8C是說明根據(jù)本發(fā)明的噴墨頭的制造方法的制造流程圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的噴墨頭的制造方法的制造流程圖。
圖10A-10C是說明根據(jù)本發(fā)明的噴墨頭的壓力發(fā)生室的制造方法的另一制造流程圖。
圖11是采用根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的噴墨頭的又一例子的示意性剖面圖。
圖12是采用根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的噴墨頭的又一例子的示意性俯視圖。
圖13是采用根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的噴墨頭的又一例子的示意性仰視圖。
圖14是采用根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的噴墨頭的又一例子的示意性仰視圖。
圖15A-15G是說明根據(jù)本發(fā)明的噴墨頭的制造方法的制造流程圖。
圖16A-16E是說明根據(jù)本發(fā)明的噴墨頭的制造方法的制造流程圖。
圖17A-17C是說明根據(jù)本發(fā)明的噴墨頭的制造方法的制造流程圖。
圖18A-18C是說明根據(jù)本發(fā)明的噴墨頭的制造方法的制造流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1圖1是采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的制造方法制造的噴墨頭的一個(gè)例子的示意性剖面圖。使用硅{110}晶片作為基片。為了在基片上形成振動(dòng)板的背面空間，通過各向異性腐蝕來開出孔102。同時(shí)再開出用于從背面提供液體的貫通孔103。在硅基片中的孔102的上部，形成振動(dòng)板104、壓電薄膜105、上電極106、下電極107和保護(hù)膜108等。
在基片上形成單個(gè)的壓力發(fā)生室109。作為壓力發(fā)生室的材質(zhì)，可以采用樹脂、感光性樹脂、金屬、陶瓷等。在壓力發(fā)生室的右端開出連通孔110，與共通液室連接。在單個(gè)的壓力發(fā)生室的左端形成液體噴出口111，由振動(dòng)板的形變壓出的液體，經(jīng)過112這樣的路徑噴出，在介質(zhì)上印字。
這里，使振動(dòng)板作用于多個(gè)單個(gè)的壓力發(fā)生室在構(gòu)成上是可能的，但是為了更細(xì)微地表現(xiàn)噴墨記錄，希望能夠針對每個(gè)噴嘴獨(dú)立地調(diào)節(jié)是否噴出液體。因此，應(yīng)該對每個(gè)壓力發(fā)生室獨(dú)立地構(gòu)成振動(dòng)板。
圖2是采用根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的噴墨頭的示意性俯視圖(省略了電極等)。在與硅{111}晶面垂直的方向，并列配置鄰接的壓力發(fā)生室。圖3是其示意性背面圖。通過蝕刻形成振動(dòng)板背面空間102和液體供給口103，使其平行于硅{111}晶面，沿著平行四邊形的長邊。
以下，將使用圖4A～圖9順序說明根據(jù)本發(fā)明的噴墨頭的制造工藝。
(1)在基片晶面方位{110}的硅基片201上，通過例如熱氧化或CVD法等形成絕緣膜202，采用光刻技術(shù)形成設(shè)置振動(dòng)板后背部的空間和油墨供給口所需要的圖形203，如圖4A所示。(圖4A)(2)采用鎢、鉬等耐高溫金屬，淀積金屬進(jìn)行布圖，這些金屬對TMAH(四甲基銨氫化物)等各響異性蝕刻用腐蝕劑的腐蝕速度大，形成犧牲層204。蝕刻犧牲層是指，如果從背面進(jìn)行蝕刻，腐蝕劑到達(dá)犧牲層，則由于腐蝕速率特別迅速，所以在短時(shí)間內(nèi)就腐蝕到硅晶片，可以開出與犧牲層圖形對應(yīng)的開口部。此時(shí)的圖形，是垂直于基片開放的腐蝕孔，從上面看構(gòu)成如圖9所示的具有70.5度銳角的平行四邊形，平行四邊形的長邊和短邊配置成與{111}等效的晶面平行。(圖4B)此時(shí)，犧牲層的膜厚一般在200nm(＝2000)以下，在150nm(＝1500)以下更好，在100nm(1000)以下最佳。
(3)采用LPCVD法，在基片表面上淀積SiN膜作為腐蝕終止層205。腐蝕終止層也可以是用于調(diào)整膜應(yīng)力的兩種以上膜的疊層。(圖4C)疊層的腐蝕終止膜的總膜厚一般在200nm～2μm，在300～1500nm更好，在400～1300nm最佳。而且，層疊的腐蝕終止膜的總應(yīng)力一般在2×10-10Pa以下，在1.8×10-10Pa以下更好，在1.5×10-10Pa以下最佳。
(4)采用等離子體CVD或者熱CVD等，淀積SiOx膜，作為保護(hù)膜206。(圖4D)(5)采用Pt/Ti等耐高溫金屬形成下層電極207，與形成振動(dòng)板后背部的犧牲層一致。(圖5A)(6)采用濺射等方法，在該電極上淀積鋯鈦酸鉛(PZT)等薄膜，進(jìn)行布圖，形成壓電體部208，為了確保壓電性，在700左右的高溫進(jìn)行退火。(圖5B)(7)采用Pt等耐高溫金屬，在壓電體部上形成上層電極209。作為上部電極。(圖5C)(8)使用等離子體CVD等，在形成的壓電元件部上淀積SiOx膜，作為振動(dòng)板210。(圖5D)(9)為了提高樹脂制成的噴嘴的密封性，并且為了保護(hù)背面不接觸堿性腐蝕劑，形成耐腐蝕性高的樹脂膜211。(圖6A)(10)為了確保壓力發(fā)生室和液體流路，采用可被強(qiáng)堿和有機(jī)溶劑等溶解的樹脂，形成圖形212。通過取決于印刷法和感光樹脂的布圖等，形成該圖形。該流路形成樹脂的厚度一般在15～80μm，在20～70μm較好，在25～65μm最佳。(圖6B)(11)在液體流路的圖形上形成被覆樹脂層213。由于該被覆樹脂層要形成細(xì)微圖形，所以最好是感光性抗蝕劑，并且必須具有在去除形成流路的樹脂層之時(shí)的堿和溶劑等的作用下不產(chǎn)生變形變質(zhì)的性質(zhì)。(圖6C)然后對流路的被覆樹脂層進(jìn)行布圖，形成液體噴出口214和電極的外部連接部。之后，通過光或熱等使被覆樹脂層固化。
(12)為了保護(hù)基片的噴嘴形成面，采用抗蝕劑形成保護(hù)膜215。(圖7A)(13)對背面的SiN或者SiO2等使用光刻技術(shù)，去除背面的振動(dòng)板后背部和液體供給口的圖形部分，露出晶片面。該圖形的形狀形成為與圖3所示的犧牲層成為鏡象關(guān)系。(圖7B)然后，在背面的平行四邊形的銳角附近部位(背面的平面圖9)，開出腐蝕先導(dǎo)孔216。一般而言，采用激光加工等，也可以采用放電加工、噴射等。
該先導(dǎo)孔不限于開在腐蝕終止層附近。先導(dǎo)孔的深度一般在基片厚度的60％以上，在70％以上更好，在80％以上最佳。而且，不能貫通基片。利用該先導(dǎo)孔，在各向異性腐蝕時(shí)可以抑制從平行四邊形的銳角發(fā)生的偏斜的{111}晶面。
由于也存在腐蝕時(shí)難以控制開口部的寬度的情況，所以該先導(dǎo)孔不是必須的。
(14)如果將該基片浸在堿系腐蝕劑(KOH、TMAH、肼等)中，進(jìn)行各向異性腐蝕，露出{111}，則形成硅貫通部，構(gòu)成平面形狀是平行四邊形的振動(dòng)板背面空間217和液體供給口218。(圖7C)(15)采用氫氟酸等藥液或者干蝕劑，去除部分的腐蝕終止層205的SiN等膜，開出液體供給口。(圖8A)(16)去除保護(hù)抗蝕劑。(圖8B)(17)去除液體流路形成材210，確保液體的流路221。(圖8C)在上述工藝中，對基片的加工順序沒有特別的限定，可以任意地選擇。
而且，按照上述工藝，通過被覆樹脂的布圖來形成液體噴出口，但是也可以將具有其它方式加工的液體噴出口的部件粘合在形成了該壓電元件的基片上。
結(jié)果，采用圖1說明所得的平面圖的一個(gè)例子。圖1是展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的平面圖的剖面示意圖。使用厚635μm的硅{110}晶片作為基片。為了在基片上形成振動(dòng)板的背面空間，通過各向異性腐蝕開出孔102。并且，同時(shí)還開出用于從背面提供液體的貫通孔103。
在硅基片中的孔102的上部，淀積并布圖厚4μm的SiO2，作為振動(dòng)板。淀積極并布圖厚度為3μm的PZT，作為壓電體薄膜105。淀積并布圖200nm(2000)的Pt，形成上電極106。淀積并布圖200/100nm(2000/1000)的Pt/Ti疊層膜，形成下電極107。淀積并布圖厚度為200nm(2000)的SiO2，作為保護(hù)膜108。
在基片上形成單個(gè)的壓力發(fā)生室109。作為壓力發(fā)生室的材質(zhì)，使用表1所示的感光性樹脂。壓力發(fā)生室的內(nèi)壁高度為50μm，壁厚為10μm。在壓力發(fā)生室的端部設(shè)置連通孔110，與共通液室103連接。
在單個(gè)的壓力發(fā)生室的相反端形成直徑為Φ26μm的液體噴出口111，由振動(dòng)板的形變壓出的液體，經(jīng)過112這樣的路徑噴出，在介質(zhì)上打字。
圖2是基片的上面圖。在與硅{111}晶面垂直的方向并列配置150個(gè)鄰接的壓力發(fā)生室(省略了電極等)。噴嘴的配列間距為84.7μm。
圖3是背面圖。通過蝕刻形成振動(dòng)板背面空間102和液體供給口103，使其平行于硅{111}晶面，沿著平行四邊形的長邊。振動(dòng)板背面空間的長邊方向的長度為700μm，液體供給口的長邊方向的長度為500μm。
使用這樣的頭，采用粘度為2mPa s(＝2cP)的水性油墨，以25KHz獲得12pl的液滴、寬度12.5的無不噴出的高品位打字物。
實(shí)施例2以下，將使用圖4A～圖9順序說明根據(jù)本發(fā)明的噴墨頭的制造工藝的另一個(gè)例子。
(1)在外徑為Φ150mm、厚630μm、基片晶面方位為{110}的硅基片201上，采用熱氧化法形成600nm(6000)的SiO2膜202，采用光刻技術(shù)形成設(shè)置如圖4A所示的振動(dòng)板后背部的空間和油墨供給口所需要的圖形203。(圖4A)(2)采用LPCVD法淀積并布圖300nm(＝3000)的多晶硅，形成犧牲層204。用于形成振動(dòng)板后背部的空間的犧牲層長度為700μm，寬度為60μm，按84.7μm的間距并列150個(gè)。用于形成液體供給口的犧牲層長度為500μm，其它與前述的犧牲層相同。(圖4B)為了垂直于基片開出腐蝕孔，配置該布圖，使其成為從上面看為圖9那樣的銳度70.5度的平行四邊形，與平行四邊形的長邊和短邊等價(jià)的面平行。
(3)采用LPCVD法，在基片表面上淀積800nm(＝8000)的SiN膜，作為腐蝕終止層205。(圖4C)(4)采用減壓CVD法，淀積150nm(＝1500)的SiOx膜，作為保護(hù)膜206。(圖4D)(5)淀積并布圖200/100nm(2000/1000)的Pt/Ti疊層膜，形成下層電極207。(圖5A)(6)采用濺射等方法，在該電極上淀積并布圖2μm的鋯鈦酸鉛(PZT)等薄膜，形成壓電體部208。(圖5B)(7)作為上部電極，在壓電體部上淀積并布圖200nm(＝2000)的Pt，形成上層電極209。(圖5C)(8)使用等離子體CVD，在壓電元件部上淀積3μm的SiOx膜，形成振動(dòng)板210。(圖5D)(9)涂敷燒結(jié)形成2μm的耐堿性膜(HIMAL日立化成制造)211。(圖6A)(10)涂敷布圖30μm的聚甲基異丙烯基甲酮(東京應(yīng)化ODUR-1010)作為感光性樹脂，形成液體流路型材212。(圖6B)(11)再涂敷布圖12μm的表1所示的感光性樹脂層213，形成壓力發(fā)生室和液體噴出口214。(圖6C)(12)為了保護(hù)噴嘴形成面?zhèn)?，采用橡膠系抗蝕劑(東京應(yīng)化OBC)形成保護(hù)膜215。(圖7A)(13)對噴嘴背面?zhèn)鹊腍IMAL膜和SiO2進(jìn)行布圖，形成背面液體供給口。該圖形是與表面的犧牲層為鏡象關(guān)系的平行四邊形。(圖7B)接著，在背面平行四邊形的銳角附近部分(背面的平面圖9)，用YSG激光的2倍高頻開出非貫通的腐蝕先導(dǎo)孔216。此時(shí)的孔徑為25-30μm，深度為500-580μm。
(14)將該基片浸在21％的TMAH水溶液中，進(jìn)行各向異性腐蝕。腐蝕溫度為83，腐蝕時(shí)間為7小時(shí)20分鐘。相對于基片恰好腐蝕厚度為63μm的基片的時(shí)間，采取10％的過腐蝕的時(shí)間。(圖7C)腐蝕進(jìn)行到如圖所示的犧牲層，停止在腐蝕終止層之前。此時(shí)，腐蝕終止層無龜裂，未見腐蝕液向流路形成樹脂層和噴嘴部的浸入。
(15)之后，通過CDE法去除腐蝕終止層的SiN。腐蝕條件是，CF4/O2＝300/250ml(標(biāo)稱)/分鐘，RF800W，壓力33.33Pa(＝250毫乇)。(圖8A)(16)在甲基異丁基甲酮中浸漬后，在二甲苯中施加超聲波，去除保護(hù)膜。(圖8B)
(17)最后，在乳酸甲基中施加超聲波，去除流路形成樹脂，形成液體流路221，完成噴墨頭。(圖8C)使用該噴墨頭，采用粘度為2mPa s(＝2cP)的水性油墨，以24KHz獲得12pl的液滴、寬度12.5mm的無不噴出的高品位打字物。
實(shí)施例3說明根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例的制造工序。
采用與實(shí)施例2相同的工序，按圖4A～圖6B進(jìn)行，制做在硅{110}晶片的表面上形成壓電元件的基片。
涂敷布圖30μm的聚甲基異丙烯基甲酮(東京應(yīng)化ODUR-1010)作為感光性樹脂，形成液體流路型材212。
如圖10A所示，涂敷鈀膠體并進(jìn)行燒結(jié)，形成籽晶層301。
如圖10B所示，采用抗蝕劑(PMER P-LA 900東京應(yīng)化制造)302，形成鍍層部分的圖形。
如圖10C所示，采用無電解鍍液(エンプレ一トNI-426メルテツクス制造)，形成壓力發(fā)生室303。
在此之后的工序與實(shí)施例2的相同，制作噴墨頭。
使用該噴墨頭，采用粘度為3mPas(＝3cP)的以甲苯溶劑為主要成分的油墨，以10KHz獲得10pl的液滴、寬度12.5mm的無不噴出的高品位打字物。
表1


實(shí)施例4圖11是將根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的液體噴出頭應(yīng)用于噴墨記錄頭時(shí)的實(shí)施例的示意性剖面圖。
在基片1101開出振動(dòng)板的背面自由空間1108。在自由空間的上部，形成振動(dòng)板1104、壓電體薄膜1105、上電極1106、下電極1107等。在其上再形成壓力發(fā)生室1102。在圖11的壓力發(fā)生室左端形成噴出口1103。利用與壓電體薄膜接合的振動(dòng)板的形變產(chǎn)生的壓力，從噴出口噴出油墨，在介質(zhì)上印字。在壓力發(fā)生室的右端開出用于提供油墨的連通孔(油墨供給口)1109，與油墨罐連通。
使振動(dòng)板作用于多個(gè)壓力發(fā)生室在構(gòu)成上是可能的，但是為了更細(xì)微地進(jìn)行描畫，希望能夠針對每個(gè)噴嘴獨(dú)立地調(diào)節(jié)是否噴出液體。因此，應(yīng)該對每個(gè)壓力發(fā)生室獨(dú)立地構(gòu)成振動(dòng)板。
以下，利用附圖對本實(shí)施例予以說明。圖15A～圖17C是本實(shí)施例的噴墨記錄頭的制造方法的示意性工序圖。以下說明各工序。并且，以下的工序(1)～(15)對應(yīng)于圖15A～圖17C。
(1)制備基片1101。在本發(fā)明中，作為基片，可以使用硅基片或玻璃基片、塑料基片等，但是從易于制作采用細(xì)微加工技術(shù)的高集成度·高密度的驅(qū)動(dòng)電路的這一點(diǎn)來看，或者從易于氧化形成質(zhì)優(yōu)的絕緣膜這一點(diǎn)來看，最好使用硅基片。作為在硅基片上形成自由空間的方法，可以是RIE DeepRIE(ICP)等干法腐蝕或者是由TMAH(四甲基銨氫化物)·KOH(氫氧化鉀)產(chǎn)生的各向異性腐蝕、噴沙等方法，但是從容易進(jìn)行細(xì)微加工并且一次可以處理多個(gè)基片出發(fā)，各向異性腐蝕是適用的。而且就硅基片而言，是{100}、{110}等晶面方位的基片，但是最好使用能夠進(jìn)行垂直的各向異性腐蝕的晶面方位{110}基片。由此，能夠制作高集成化的頭。(圖15A)通過熱氧化或CVD法等，在晶面方位{110}的硅基片1101上形成SiN或SiO2。圖12是基片的表面示意圖。利用光刻技術(shù)，在表背面形成用來設(shè)置如圖12所示自由空間1108和油墨供給口1109所期望的腐蝕終止層1110和1111。平行于晶面方位{110}并列配置鄰接的腐蝕終止層的圖形。而且，為了與基片垂直地形成自由空間和油墨供給口，與后述的犧牲層相同地，形成具有70.5度的銳角的平行四邊形，并且平行四邊形的長邊和短邊平行于與{111}等同的晶面。圖13是基片的背面示意圖。形成與表面的圖形對應(yīng)的圖形。
在此，基片表面代表形成振動(dòng)板，半導(dǎo)體薄膜等驅(qū)動(dòng)電路的面，基片背面代表與其相反的面。
(2)對相對于后述的各向異性腐蝕用腐蝕劑腐蝕速度大的材料進(jìn)行成膜、布圖，形成犧牲層1118。最好使用W、Mo、Al、多晶硅等。如果進(jìn)行腐蝕，到達(dá)犧牲層，則由于犧牲層的腐蝕速度比硅基片更快，所以可以在短時(shí)間內(nèi)正確地形成與犧牲層圖形對應(yīng)的自由空間。在腐蝕掩模層的圖形內(nèi)側(cè)形成犧牲層的圖形。(圖15B)(3)采用CVD法等，在基片表面上成膜用于構(gòu)成腐蝕終止層1112的SiN或SiO2。腐蝕終止層的形成目的在于不使腐蝕劑侵入驅(qū)動(dòng)電路。為了提高膜應(yīng)力的調(diào)整或密封性，也可以層疊兩種以上的膜。(圖15C)(4)使用CVD法等成膜SiOx等。本工序的SiOx層1113的目的在于，在后工序通過腐蝕去除前工序所形成腐蝕終止層之時(shí)，防止損壞驅(qū)動(dòng)電路。也可以再形成厚的SiOx層，使本工序中形成的SiOx層具有后述的振動(dòng)板的作用。(圖15D)(5)采用鉑或鈦等金屬形成下層電極1107。而且，采用一般的半導(dǎo)體技術(shù)形成圖中未示出的、但是直到工序(8)的其它驅(qū)動(dòng)電路。(圖15E)(6)采用濺射等，在下層電極上成膜鈦鋯酸鉛(PZT)等的壓電材料，進(jìn)行布圖，形成壓電體薄膜1105。(圖15F)(7)采用鉑或鈦等耐高溫金屬，在壓電體薄膜上形成上層電極1106。(圖15G)(8)使用CVD法等，在形成電極壓電體薄膜的部分，成膜SiOx，構(gòu)成振動(dòng)板1104。即使在將前述的SiOx層作為振動(dòng)板的情形，也最好通過本工序形成SiOx層等，用于保護(hù)壓電體元件或驅(qū)動(dòng)電路不受油墨損壞。(圖16A)(9)通過后續(xù)的去除，形成構(gòu)成型材的第一圖形1114，該型材用于形成壓力發(fā)生室等。作為形成方法，可以利用印刷技術(shù)或光刻技術(shù)，但是利用感光性樹脂的光刻技術(shù)是優(yōu)選的，因?yàn)槟軌蛐纬杉?xì)微圖形。作為型材最好是可以進(jìn)行厚膜的布圖，然后能夠利用堿溶液或有機(jī)溶劑進(jìn)行去除。作為型材，可以使用THB系列(JSR制造)或者PMER系列(東京應(yīng)化業(yè)制造)等。在下述的實(shí)施例中，當(dāng)然可以使用PMER HM-3000，對此沒有限制。作為膜厚，通過一次涂敷，在60μm以下，即使多次涂敷，在90μm以下，從膜厚分布或者布圖性的觀點(diǎn)來看是優(yōu)選的(圖16B)。
(10)在第一圖形上通過濺射等成膜導(dǎo)電層1115。作為導(dǎo)電層，可以使用鉑、金、銅、鎳、鈦等。由于樹脂和導(dǎo)電層的密封性達(dá)不到某種良好程度，就不能形成細(xì)微的圖形，所以也可以在成膜其它的金屬膜之后成膜鉑、金、銅、鎳等。由于之后必須能夠通過去除型材的工序，去除與噴出口對應(yīng)的部分的導(dǎo)電層，所以導(dǎo)電層的厚度最好在1500以下，在1000以下最佳。如果比1500更厚，則存在通過去除型材的工序不能完全去除與噴出口對應(yīng)部分的導(dǎo)電層的情形。(圖16C)(11)在形成導(dǎo)電層的第一圖形上，通過后續(xù)的去除，形成構(gòu)成噴出口的第二圖形1116。作為型材，可以使用THB系列(JSR制造)或者PMER系列(東京應(yīng)化業(yè)制造)等。在本實(shí)施例中，當(dāng)然可以使用PMER LA-900PM，對此沒有限制，最好是可以進(jìn)行厚膜的布圖，然后能夠利用堿溶液或有機(jī)溶劑進(jìn)行去除。就膜厚而言，布圖的精度必須比第一圖形更高，應(yīng)在30μm以下。即就第一圖形和第二圖形的合計(jì)而言，應(yīng)在120μm以下。(圖16D)為了有效地將壓力發(fā)生室產(chǎn)生的力利用為噴出力，第一圖形、第二圖形最好同時(shí)構(gòu)成為上面小于下面的錐形?？梢岳媚M等求出最佳的形狀。就錐形的形成方法而言有各種各樣的，但是在接近型曝光機(jī)的情形，基片與掩模之間的距離(間距)可以拉開。而且也可以利用灰度標(biāo)掩模等。當(dāng)然如果利用1/5或1/10等的縮小曝光，則容易形成微小的噴出口。如果進(jìn)一步利用灰度標(biāo)掩模，不僅單純的錐形形狀，而且螺旋狀等復(fù)雜形狀也容易形成。
(12)通過鍍敷處理，形成包含壓力發(fā)生室噴出口的流路結(jié)構(gòu)體。鍍敷的種類有電鍍或無電解鍍等，適時(shí)靈活運(yùn)用。電鍍在處理液廉價(jià)這一點(diǎn)上、在廢液處理簡易這一點(diǎn)上是有利的。無電解鍍在回轉(zhuǎn)良好這一點(diǎn)上、在能夠形成均勻膜這一點(diǎn)上、鍍被膜有硬的耐磨性這一點(diǎn)上是優(yōu)異的。作為靈活運(yùn)用的例子，有首先通過電鍍形成厚的鎳層，之后通過無電解鍍形成薄的Ni-PTFE復(fù)合鍍敷層這樣的方法。在這種方法的情形，在能夠廉價(jià)地形成具有期望特性的被膜的鍍敷層這一點(diǎn)上是有利的。(圖16E)作為鍍敷的種類，可以列舉出銅、鎳、鉻、鋅、錫、銀、金等單體金屬鍍敷、合金鍍敷、析出PTFE等的復(fù)合鍍敷等。從耐藥品性、強(qiáng)度來看，鎳是適用的。而且如前所述，就向鍍敷膜提供拒水性而言，形成Ni-PTFE復(fù)合鍍敷等。
(13)為了保護(hù)通過前述工序制作的基片表面?zhèn)炔槐桓g，在基片表面涂敷樹脂，該樹脂以后可以采用具有耐堿性的有機(jī)溶劑等去除，將基片裝配在夾具上，僅使背面?zhèn)瓤梢越佑|腐蝕劑。(圖17A)也可以在背面的平行四邊形的銳角附近部分(背面的平面圖參見圖14)，利用激光加工等開出先導(dǎo)孔1401。由此，在進(jìn)行各向異性腐蝕時(shí)，可以抑制從平行四邊形的銳角發(fā)生的斜的{111}晶面。該先導(dǎo)孔不限于腐蝕終止層，可以開至附近。先導(dǎo)孔的深度一般在基片厚度的60％以上，在70％以上更好，在80％以上最佳。當(dāng)然不能貫通基片。
將基片浸漬在腐蝕劑中，如果進(jìn)行各向異性腐蝕以便露出{111]晶面，則平面形狀可以形成平行四邊形的自由空間和油墨供給口。作為堿系腐蝕劑，有KOH、TMAH等，但是從環(huán)境的層面來看，最好使用TMAH。
腐蝕之后，在利用耐堿性的保護(hù)膜的情形，使用有機(jī)溶劑等將其去除。在使用夾具的情形，將基片從夾具卸下。
(14)通過干腐蝕等去除腐蝕終止層的SiN。(圖17B)(15)利用堿溶液或有機(jī)溶劑，去除構(gòu)成包含壓力發(fā)生室噴出口的流路結(jié)構(gòu)體的型材的第一圖形和第二圖形。利用直接通道(ダイレクトパス)(荒川化學(xué)工業(yè)制造)，可以容易地去除在與噴出口對應(yīng)的部分形成的導(dǎo)電層。此時(shí)，可以使用松α系列(パインアルフアシリ一ズ)(荒川化學(xué)工業(yè)株式會社制造)作為溶劑。(圖17C)圖16B-16E的工序并不限于此，可以用圖18A-18C的工序置換。圖18A-18C是在形成導(dǎo)電層之后，形成第一圖形和第二圖形的制造方法。由于各種制造方法各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，所以應(yīng)適時(shí)靈活運(yùn)用。
圖15A-圖17C的制造方法的優(yōu)點(diǎn)是可以形成均勻鍍敷。圖18的制造方法的優(yōu)點(diǎn)是簡易。
通過以上，完成適用于液體噴出頭的噴墨記錄頭的主要制造工序。
利用圖15A-圖17C說明比本實(shí)施例更具體的實(shí)施例的制造方法。使用厚635μm的具有晶面方位{110}的6英寸硅基片作為基片1101。通過熱氧化，在基片的表背面形成厚6μm的SiO2層。利用光刻技術(shù)，形成用于設(shè)置自由空間和油墨供給口所要求的腐蝕掩模層1110、1111。利用LPCVD法成膜多晶硅層，進(jìn)行布圖，形成厚1000的犧牲層1118。此時(shí)，與{111}晶面相對，沿著平行四邊形的長邊形成。通過CVD法，形成厚1μm的SiN層、厚2000的SiO2層，構(gòu)成腐蝕終止層。通過濺射，成膜并布圖形成厚1500的鉑下電極1107、厚3μm的PZT壓電體薄膜、厚1500的鉑上電極1106。通過CVD法成膜并布圖4μm厚的SiO2，作為振動(dòng)板1104。其它的驅(qū)動(dòng)電路的制造方法可通過一般的半導(dǎo)體技術(shù)制作，所以予以省略。
在基片上通過旋涂，形成60μm的PMER HM-3000PM(東京應(yīng)化工業(yè)制造)，構(gòu)成壓力發(fā)生室等的型材1114，干燥后進(jìn)行布圖。從型材的表面?zhèn)瓤吹某叽?，短邊?2μm，長邊是3mm。而且，型材按127μm的間距在短邊方向平行并列。如圖11所示，在油墨供給口適當(dāng)?shù)刂丿B型材進(jìn)行制作，控制實(shí)際的油墨供給口的大小。這樣，可以控制噴出口側(cè)和油墨供給口側(cè)的慣性平衡。通過濺射，成膜并布圖分別厚250/750的Ti/Cu，構(gòu)成導(dǎo)電層1116。成膜Ti的目的在于針對銅基片提高密封性和導(dǎo)電性。通過旋涂形成25μm的構(gòu)成噴出口型材的PMER LA-900PM(東京應(yīng)化工業(yè)株式會社制作)，干燥后進(jìn)行布圖。就型材的曝光而言，使用接近型(プロキシミテイタイプ)曝光機(jī)，掩模和基片的間距為120μm，成為錐狀。
然后，通過電鍍形成18μm的鎳層，之后通過無電解鍍形成3μm的Ni-PTFE復(fù)合鍍層。
然后，為了保護(hù)基片表面?zhèn)?，涂敷環(huán)化橡膠系樹脂的OBC(東京應(yīng)化工業(yè)制作)。之后，在背面的平行四邊形的銳角附近部分，通過激光加工開出先導(dǎo)孔。先導(dǎo)孔的深度為基片厚度的80％。采用TMAH22wt％，在80對基片進(jìn)行預(yù)定時(shí)間的各向異性腐蝕。各向異性腐蝕之后，利用二甲苯去除OBC，之后通過干腐蝕去除作為腐蝕終止層1112的SiN層。最后，使用直接通道(ダイレクトパス)(荒川化學(xué)工業(yè)制造)去除型材。此時(shí)，作為溶劑，使用松αST-380(パインアルフアst-380)(荒川化學(xué)工業(yè)株式會社制造)。
制得的頭的噴出口上面為15μm，下面為30μm。壓力發(fā)生室的隔壁為21μm。形成的自由空間的長邊方向的長度是700μm，油墨供給口的長邊方向的長度是500μm。
使用該噴墨頭，采用粘度為2mPa s(＝2cP)的水性油墨，以25KHz獲得12pl液滴的無不噴出的高品位打字物。
實(shí)施例5圖18A-18C是實(shí)施例5的制造方法的示意圖。與實(shí)施例4同樣地制作，直到在具有晶面方位{110}的6英寸硅基片上形成驅(qū)動(dòng)電路。通過濺射，在制成的基片上成膜并布圖分別厚250/750的Ti/Cu，構(gòu)成導(dǎo)電層1116(圖18A)。在基片上滴下以后構(gòu)成第一圖形1114和第二圖形1115的抗蝕劑PMERHM-3000PM，按預(yù)定的旋轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在預(yù)定溫度烘焙，反復(fù)進(jìn)行3次這樣的處理，形成85μm(3次涂敷)。之后，首先利用第一圖形(壓力發(fā)生室和流路)的掩模進(jìn)行曝光，接著利用第二圖形(噴出口)的掩模進(jìn)行二次曝光，之后進(jìn)行顯象(圖18B)。通過調(diào)整曝光量，可使第一圖形厚60μm，第二圖形厚25μm。就型材1115的曝光而言，使用接近型曝光機(jī)，掩模與基片的間距為120μm，構(gòu)成錐狀。從型材表面?zhèn)瓤吹某叽?，短邊?2μm，長邊是3mm。而且型材按127μm的間距在短邊方向平行地并列。
然后，通過電鍍形成60μm的鎳層，之后通過無電解鍍形成21μm的Ni-PTFE復(fù)合鍍層(圖18C)。
以后的工序與實(shí)施例4相同。
制成的頭的噴出口上面是15μm，下面是30μm。壓力發(fā)生室的隔壁是35μm。形成的自由空間的長邊方向的長度是700μm，油墨供給口的長邊方向的長度是500μm。
使用該噴墨頭，采用粘度為2mPa s(＝2cP)的水性油墨，以25KHz獲得12pl液滴的無不噴出的高品位打字物。
權(quán)利要求
1.一種噴墨頭的制造方法，該噴墨頭在基片上設(shè)置用于從噴出口噴出油墨的壓電元件、以及與該壓電元件對應(yīng)地連通到所述噴出口的油墨流路，其特征在于按以下順序包括下列工序在所述基片上設(shè)置與所述油墨流路對應(yīng)的型材；設(shè)置覆蓋所述型材的所述油墨流路的壁材；通過去除與所述基片的所述壓電元件對應(yīng)的部分，在所述基片形成空間；去除所述型材，形成所述油墨流路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的噴墨頭的制造方法，其中，使用晶面方位為{110}的硅結(jié)晶作為所述基片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的噴墨頭的制造方法，其中，所述硅結(jié)晶的所述空間的側(cè)壁的晶面方位是{111}。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的噴墨頭的制造方法，其中，在所述基片形成的所述空間的側(cè)壁，與形成所述空間前的該基片的主面基本垂直。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的噴墨頭的制造方法，其中，所述油墨流路相對于所述硅結(jié)晶的晶面方位是{111}的面，縱向成分平行地形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的噴墨頭的制造方法，其中，在與所述硅結(jié)晶的晶面方位是{111}的面垂直的方向，形成多個(gè)所述油墨流路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的噴墨頭的制造方法，其中，在所述基片形成空間的工序中，與所述空間的形成并行地，在所述基片形成與所述油墨流路連通的連通孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的噴墨頭的制造方法，其中，在設(shè)置所述型材的工序之前，包含以下工序在所述基片上設(shè)置可選擇地腐蝕的犧牲層；形成耐腐蝕型的腐蝕終止層，被覆該犧牲層；在該腐蝕終止層上形成所述壓電元件的膜；在該壓電元件的膜上形成振動(dòng)板。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的噴墨頭的制造方法，其中，在所述基片形成空間的工序，對所述基片進(jìn)行結(jié)晶軸各向異性腐蝕，直至從所述基片的背側(cè)去除所述犧牲層，之后去除所述腐蝕終止層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的噴墨頭的制造方法，其中，在設(shè)置所述流路的壁材的工序與在所述基片形成空間的工序之間，還包含在所述油墨流路的型材上設(shè)置所述噴出口的型材的工序。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的噴墨頭的制造方法，其中，通過鍍敷處理形成所述油墨流路的壁材。
12.一種采用權(quán)利要求1所述的噴墨頭制造方法制造的噴墨頭。
全文摘要
一種噴墨頭的制造方法，在基片上設(shè)置用于從噴出口噴出油墨的壓電元件，以及與該壓電元件對應(yīng)地連通到所述噴出口的油墨流路，其特征在于按以下順序包括下列工序在所述基片上設(shè)置與所述油墨流路對應(yīng)的型材；設(shè)置覆蓋所述型材的所述油墨流路的壁材；通過去除與所述基片的所述壓電元件對應(yīng)的部分，在所述基片形成空間；去除所述型材，形成所述油墨流路。
文檔編號B41J2/045GK1521000SQ2004100313
公開日2004年8月18日 申請日期2004年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月7日
發(fā)明者德永博之, 鹿目修, 西田武人, 人 申請人:佳能株式會社