專利名稱：光敏樹脂組合物、使用該組合物的噴墨記錄頭以及制造該噴墨記錄頭的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的光敏樹脂組合物。本發(fā)明進(jìn)一步涉及使用該光敏樹脂組合物的噴墨記錄頭以及制造該噴墨記錄頭的方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種改進(jìn)基板和與基板結(jié)合在一起的、用于形成油墨流動(dòng)通路的流路形成元件之間粘合性的方法，其中的基板上形成有用于噴墨的壓力產(chǎn)生元件，以及一種油墨供應(yīng)孔(an ink supplyorifice)的形成方法，該供應(yīng)孔用于使油墨貫通基板供應(yīng)至油墨流路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)對(duì)噴墨記錄頭的制造方法提出各種建議，一種液體通路形成元件是通過與其上形成有噴墨壓力產(chǎn)生元件的基板結(jié)合而形成液體通路。日本專利申請(qǐng)公開No.57-208255和日本專利申請(qǐng)公開No.57-208256均公開了一種形成噴墨記錄頭的方法，該方法通過在其上形成有噴墨壓力產(chǎn)生元件的基板上使用光敏樹脂以形成液體通路圖案，將玻璃或類似物制成的頂板與基板結(jié)合，并切開組件來形成噴墨頭。
Hawlett-Packard Journal 36，5(1985)公開了一種制造噴墨記錄頭的方法，該方法通過在其上形成有噴墨壓力產(chǎn)生元件的基板上使用光敏樹脂形成液體通路圖案，將Ni電鍍制成的噴孔板結(jié)合到基板上來形成噴墨頭。
日本專利申請(qǐng)公開No.61-154947公開了一種制造噴墨記錄頭的方法，該方法通過在其上形成有噴墨壓力產(chǎn)生元件的基板上的噴墨壓力產(chǎn)生元件上使用一種可溶樹脂形成液體通路圖案，使用環(huán)氧樹脂或類似物涂布該圖案，固化該樹脂，切開該基板后，對(duì)該可溶樹脂進(jìn)行洗脫。
日本專利申請(qǐng)公開No.3-184868公開了一種對(duì)于涂布樹脂組合物有用的芳香環(huán)氧化合物的陽離子聚合固化產(chǎn)物，并且所說的樹脂組合物最適于制造上述日本專利申請(qǐng)公開No.61-154947中描述的噴墨記錄頭。
在上述任一方法中，其上形成有噴墨壓力產(chǎn)生元件的基板與液體通路形成元件之間的結(jié)合強(qiáng)度基本取決于構(gòu)成液體通路形成元件的樹脂材料(光敏樹脂層、涂布樹脂層)的結(jié)合性。
此外，在上述任一構(gòu)成中，噴墨頭均需要裝配用于供應(yīng)油墨的油墨供應(yīng)系統(tǒng)。其中在支持基板上形成通孔(through-hole)，以從支撐用基板的后面供應(yīng)油墨的結(jié)構(gòu)為公知的所謂的側(cè)面熱氣泡噴墨(side shootertype)記錄頭，在該記錄頭的結(jié)構(gòu)中油墨噴孔被安置在面向壓力產(chǎn)生元件的位置。對(duì)于這種噴墨記錄頭而言，已知制造方法的實(shí)例包括一種如在USP5478606中所述的方法(1)在其上形成有噴墨壓力產(chǎn)生元件的基板上使用可溶樹脂形成油墨流動(dòng)通路圖案的步驟，(2)在室溫下將含有固態(tài)環(huán)氧樹脂的涂布樹脂溶解在一種溶劑中，并且在可溶樹脂層上涂覆所得溶液的溶劑涂層，由此在可溶樹脂層上形成涂布樹脂層以其作為液體通路形成元件構(gòu)成油墨流動(dòng)通路壁的步驟，(3)在位于噴墨壓力產(chǎn)生元件之上的涂布層上形成油墨噴孔的步驟，以及(4)對(duì)該可溶樹脂進(jìn)行洗脫的步驟。
在所謂的熱氣泡噴墨記錄頭的情況下，其中發(fā)熱電阻用作噴墨壓力產(chǎn)生元件，并且利用由于油墨的薄膜汽化形成氣泡的來進(jìn)行噴墨，在發(fā)熱電阻上一般設(shè)置有無機(jī)絕緣層，例如SiN或SiO2，以及如Ta的抗空穴層，用于降低油墨造成的電腐蝕，或者降低氣泡消泡時(shí)所產(chǎn)生的空穴。但是，由于Ta薄膜與構(gòu)成上述液體通路形成元件的樹脂材料具有非常低的粘合性，因此可能引起液體通路形成元件從Ta膜剝落的問題。
為避免該問題，考慮除去其上設(shè)置有由樹脂材料構(gòu)成液體通路形成元件的區(qū)域的Ta膜，以用于改進(jìn)構(gòu)成液體通路形成元件的樹脂材料的粘合性。但是在該情況下，構(gòu)成液體通路形成元件的樹脂材料被層壓在其上設(shè)置有電極的區(qū)域上，且該電極與基板上包括電熱轉(zhuǎn)換材料的噴墨壓力產(chǎn)生元件僅通過上述無機(jī)絕緣層相連。由于例如SiN或SiO2的無機(jī)絕緣層一般是多孔性薄膜材料，因此有可能使樹脂中所含的離子滲透過無機(jī)絕緣層，造成離子腐蝕電極。
此外，已知下述實(shí)例，其中基板進(jìn)行了硅烷偶合(silane-coupling)處理或者使用了一種包含聚酰亞胺(例如PHOTONEECE，商品名，由Toray Industries制造)的底涂層(改進(jìn)粘合性和鈍化層)，以改進(jìn)其上形成有噴墨壓力產(chǎn)生元件的基板與液體通路形成元件之間的粘合性。
噴墨記錄頭一般具有在使用環(huán)境下總是與油墨接觸的部分。必需避免由于油墨的影響造成的其上形成有噴墨壓力產(chǎn)生元件的基板從液體通路形成元件剝落的現(xiàn)象。另一方面，最近噴墨記錄系統(tǒng)在紙張選擇性、影像防水性等方面的需求不斷增加。為滿足這些需求，已經(jīng)進(jìn)行了將油墨的pH值移動(dòng)到堿側(cè)的可能性的研究。在這種堿性油墨環(huán)境下，有時(shí)難以長(zhǎng)期維持其上形成有噴墨壓力產(chǎn)生元件的基板與液體通路形成元件的粘合性。
縱觀以上觀點(diǎn)，本發(fā)明的發(fā)明者在USP 6390606中提出下述方法，通過聚醚酰胺樹脂制成的粘合層將其上形成有噴墨壓力產(chǎn)生元件的基板與液體通路形成元件結(jié)合。發(fā)明者發(fā)現(xiàn)依照該方法，還可長(zhǎng)期維持堿性油墨的優(yōu)異粘合性，并且可提供可靠性高的噴墨記錄頭，而且該記錄頭即使在諸如Ta的金屬表面暴露在粘合面上的情況下也可長(zhǎng)期維持優(yōu)異的粘合性。
此外，作為在基板上形成構(gòu)成油墨供應(yīng)孔的通孔的方法，曾嘗試諸如切割、噴砂、激光束加工和濕法蝕刻等各種方法。但是，諸如切割、噴砂、激光束加工存在損傷基板的問題，或者各個(gè)構(gòu)件較大，在最差的情況下，基板可能在加工的過程中斷裂。
濕法蝕刻已知為一種不用向基板施加機(jī)械力的形成通孔的方法。本發(fā)明的發(fā)明者在USP 6379571中提出了一種使用硅基板作為基板來形成油墨供應(yīng)孔的方法，其中使用無機(jī)介電薄膜和聚醚酰胺樹脂作為掩模，并且使用堿性蝕刻劑對(duì)硅進(jìn)行各向異性蝕刻。依照該方法，可以形成通孔而無需向基板施加機(jī)械力。
由于聚醚酰胺樹脂具有優(yōu)異的抗堿性，因此是一種作為構(gòu)成與堿性油墨接觸的噴墨記錄頭的構(gòu)成材料的優(yōu)異材料，而且在使用堿性蝕刻劑進(jìn)行濕法蝕刻時(shí)還可以作為掩模材料。但是，對(duì)于用于上述應(yīng)用的聚醚酰胺還存在進(jìn)一步改進(jìn)的需求。具體而言，聚醚酰胺樹脂本身不具有光敏性。因此當(dāng)將聚醚酰胺樹脂用于構(gòu)圖時(shí)，需要光致抗蝕劑構(gòu)圖以形成掩模材料，然后通過蝕刻來進(jìn)行構(gòu)圖。此外，還難以對(duì)聚醚酰胺樹脂進(jìn)行濕法蝕刻。結(jié)果必需進(jìn)行干蝕刻，并且增加了步驟和需要大規(guī)模設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在考慮上述問題的情況下作出的，通過使用適用于噴墨用途的光敏樹脂組合物的簡(jiǎn)單方法來提供一種具有高可靠性的噴墨記錄頭。
依照本發(fā)明，光敏樹脂組合物包括具有下述通式(1)所示重復(fù)單元的聚醚酰胺樹脂，一種由光照射產(chǎn)生酸的化合物，以及一種在酸性條件下對(duì)聚醚酰胺樹脂起作用的交聯(lián)劑。
通式(1) 另外在該光敏樹脂組合物中，用于聚醚酰胺樹脂的交聯(lián)劑是可縮合的三聚氰胺化合物或可縮合的脲化合物；該可縮合的三聚氰胺化合物為下述通式(2)所示的三聚氰胺化合物和/或?yàn)槠淇s合物；而且該可縮合的三聚氰胺化合物含有90％或更多的六甲氧基甲基三聚氰胺單體。
通式(2) 依照本發(fā)明，噴墨記錄頭包括用于噴墨的噴孔(ejectionorifice)；與噴孔相通的油墨流動(dòng)通路；其上形成有壓力產(chǎn)生元件的基板，該元件產(chǎn)生用于從噴孔噴墨的壓力；通過與基板結(jié)合形成油墨流動(dòng)通路的油墨流動(dòng)通路形成元件，其中油墨流動(dòng)通路形成元件通過光敏樹脂組合物形成的固化產(chǎn)物層與基板結(jié)合，該組合物包括具有以上通式(1)所示構(gòu)成單元的聚醚酰胺樹脂，一種由光照射產(chǎn)生酸的化合物，以及一種在酸性條件下對(duì)聚醚酰胺樹脂起作用的交聯(lián)劑。
另外，在該噴墨記錄頭中，油墨流動(dòng)通路形成元件由環(huán)氧樹脂的陽離子可聚合化合物形成；用于噴墨的噴孔設(shè)置在朝向壓力產(chǎn)生元件的一側(cè)；壓力產(chǎn)生元件包括電熱轉(zhuǎn)換元件。
本發(fā)還提供了一種噴墨記錄頭的制造方法，其中噴墨記錄頭包括用于噴墨的噴孔，與噴孔相通的油墨流動(dòng)通路；其上形成有壓力產(chǎn)生元件的基板，該元件產(chǎn)生用于從噴孔噴墨的壓力；通過與基板結(jié)合形成油墨流動(dòng)通路的油墨流動(dòng)通路形成元件，該方法包括在其上形成有壓力產(chǎn)生元件的基板上形成光敏樹脂組合物的圖案，其中該組合物包括具有以上通式(1)所示構(gòu)成單元的聚醚酰胺樹脂，一種由光照射產(chǎn)生酸的化合物，以及一種在酸性條件下對(duì)聚醚酰胺樹脂起作用的交聯(lián)劑；使用可溶樹脂在其上具有光敏樹脂組合物圖案的基板上形成油墨通路圖案；在油墨流動(dòng)通路圖案上形成該油墨通路形成元件；在朝向基板壓力產(chǎn)生元件裝配位置的油墨通路形成元件區(qū)域形成油墨噴孔；通過溶解和除去油墨流動(dòng)通路圖案來形成油墨流動(dòng)通路。
另外，本發(fā)明提供了一種制造噴墨記錄頭的方法，其中噴墨記錄頭包括用于噴墨的噴孔，與噴孔相通的油墨流動(dòng)通路；其上形成有壓力產(chǎn)生元件的基板，該元件產(chǎn)生用于從噴孔噴墨的壓力；通過與基板結(jié)合形成油墨流動(dòng)通路的油墨流動(dòng)通路形成元件，通過貫通基板與油墨流動(dòng)通路相通的油墨供應(yīng)孔，其中貫通基板的油墨供應(yīng)孔是通過對(duì)作為抗蝕劑掩模的光敏樹脂組合物進(jìn)行蝕刻來形成的，該組合物包括具有以上通式(1)所示構(gòu)成單元的聚醚酰胺樹脂，一種由光照射產(chǎn)生酸的化合物，以及一種用于在酸性條件下對(duì)聚醚酰胺樹脂起作用的交聯(lián)劑。


圖1是本發(fā)明硅基板的截面圖。
圖2是本發(fā)明的、其上形成有噴墨壓力產(chǎn)生元件的基板的硅基板的截面圖。
圖3是本發(fā)明其上形成有樹脂層(粘結(jié)層)的硅基板的截面圖。
圖4是本發(fā)明其上形成有液體通路圖案的硅基板的截面圖。
圖5是本發(fā)明其上形成有樹脂材料的硅基板的截面圖，其中該材料構(gòu)成液體通路形成元件。
圖6是本發(fā)明其上具有防油墨層的硅基板的截面圖。
圖7是本發(fā)明其上形成有油墨噴孔的硅基板的截面圖。
圖8是本發(fā)明其背面上形成有光敏樹脂層的硅基板的截面圖。
圖9是本發(fā)明其上具有已構(gòu)圖的光敏樹脂層的硅基板的截面圖。
圖10是本發(fā)明其上形成有油墨供應(yīng)孔的硅基板的截面圖。
圖11是本發(fā)明完整的噴墨記錄頭的截面圖。
具體實(shí)施例方式
以下通過參照附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施方案。
圖1至圖11示意性地顯示了本發(fā)明的噴墨記錄頭構(gòu)成的截面圖，以及制造該產(chǎn)品的方法。
在本發(fā)明中，硅基板9在例如圖1中顯示給出。這種基板可在形狀、材料等方面無任何限制地進(jìn)行使用，只要其可作為液體通路形成元件的基板，并且該基板形成以下將要描述的油墨流動(dòng)通路和油墨噴孔即可。但是，本實(shí)施方案中，如果通過各向異性蝕刻來形成貫通基板的油墨供應(yīng)孔通過時(shí)，使用硅基板。
將所需數(shù)目的噴墨壓力產(chǎn)生元件2諸如電熱轉(zhuǎn)換元件或壓電元件排列在硅基板9上(圖2)。通過噴墨壓力產(chǎn)生元件2將用于噴出記錄液滴的噴出能量施加給油墨，并進(jìn)行記錄。例如，當(dāng)使用電熱轉(zhuǎn)換元件作為噴墨壓力產(chǎn)生元件2時(shí)，該元件加熱其鄰近的記錄液體，由此改變記錄液體的狀態(tài)，產(chǎn)生噴射能量。此外，例如，當(dāng)使用壓電元件時(shí)，通過該元件的機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生噴射能量。
用于操作該元件的控制信號(hào)輸入(未示出)的電極與噴墨壓力產(chǎn)生元件2相連，其中該信號(hào)輸入用于操作元件。一般而言，設(shè)置各種光敏層諸如保護(hù)層(未示出)用于改進(jìn)噴墨壓力產(chǎn)生元件2的耐久性。當(dāng)然在本發(fā)明中設(shè)置這些功能層是沒有任何問題的。
一般使用電熱轉(zhuǎn)換元件作為噴墨壓力產(chǎn)生元件的結(jié)構(gòu)是通過構(gòu)成層壓結(jié)構(gòu)，將與一對(duì)電極連接的發(fā)熱電阻層的暴露部分(電熱轉(zhuǎn)換元件)安置在這些電極之間，該層壓結(jié)構(gòu)具有一層疊在發(fā)熱電阻層上的電極層并且其中具有所需的電線圖案，該電極層除去了預(yù)定部分，使得存在于該部分之下的發(fā)熱電阻層暴露出來。
如圖3所示，通過諸如旋涂、輥涂或縫涂的涂布方法，樹脂層(粘結(jié)層)10在基板上形成1-3微米的厚度。在這種情況下使用的樹脂層10用于增加此后將要描述的液體通路形成元件4和支撐用基板之間的粘合性。必要的是樹脂層對(duì)硅基板9上形成的無機(jī)絕緣層(未示出)，諸如SiN層或SiO2層以及液體通路形成元件的無機(jī)材料均具有優(yōu)異的粘合性。此外，由于樹脂層是與油墨接觸的元件，因此特別需要的是即使在堿性條件下，樹脂層也對(duì)這些構(gòu)成元件維持優(yōu)異的粘合性。
此外，如圖3所示，要求樹脂層(粘結(jié)層)10是這樣構(gòu)圖，其不形成在此后將要描述的噴墨壓力產(chǎn)生元件2和油墨供應(yīng)孔7上。其原因是具有光敏性的樹脂用于樹脂層。通過深入研究，結(jié)果本發(fā)明的發(fā)明者發(fā)現(xiàn)包含具有下述通式(1)所示重復(fù)單元的聚醚酰胺樹脂、由光照射產(chǎn)生酸的化合物(酸產(chǎn)生劑)和在酸性條件下對(duì)聚醚酰胺發(fā)生作用的交聯(lián)劑的光敏樹脂組合物適于作為滿足這些特性的材料。
聚醚酰胺樹脂、酸產(chǎn)生劑和交聯(lián)劑的混合比例為對(duì)于100份聚醚酰胺樹脂，優(yōu)選0.5～10份酸產(chǎn)生劑和1～40份交聯(lián)劑，更優(yōu)選1～5份酸產(chǎn)生劑和10～30份交聯(lián)劑。
例如由下述通式(1)所示的樹脂適于作為本發(fā)明光敏樹脂組合物的聚醚酰胺樹脂。由下述通式(1)所示的聚醚酰胺樹脂可由傳統(tǒng)的方法制造，例如在日本專利申請(qǐng)公開No.63-6112中所描述的方法。
通式(1) 其中R1到R4分別獨(dú)立地表示氫原子、具有1-4個(gè)碳原子的烷基、具有1-4個(gè)碳原子的烷氧基、或鹵素原子；R5到R6分別獨(dú)立地表示氫原子、具有1-4個(gè)碳原子的烷基、或具有1-4個(gè)碳原子的鹵素取代的烷基；Ar1表示取代或未取代的亞苯基、亞聯(lián)苯基或亞萘基；其中n為正整數(shù)。
在本發(fā)明中使用的聚醚酰胺是通過例如對(duì)苯二甲酸的二氯化物、間苯二甲酸、氧代二苯甲酸、二苯基二羧酸或萘二羧酸與二胺，諸如2，2-二{4-(4-氨基苯氧基)苯基}丙烷，或2，2-二{3-甲基-4-(4-氨基苯氧基)苯基}丙烷縮聚得到的。還可使用通過加入除上述組分以外的諸如4，4’-二氨基二苯基甲烷或3，3’-二氨基二苯基砜的二胺，作為其他組分而形成的樹脂，用于例如改進(jìn)耐熱性和進(jìn)行縮聚。
聚醚酰胺樹脂的重均分子量(Mw)優(yōu)選為100,000到5,000，更優(yōu)選為20,000到50,000。
如果聚醚酰胺樹脂的重均分子量(Mw)不低于100,000的話，分辨率降低，而且相對(duì)于涂布溶劑的溶解性也降低。另一方面，當(dāng)其具有的Mw不高于5000的話，涂布性能和成膜特性將非常低。
Ar1優(yōu)選為對(duì)亞苯基或間亞苯基。
可適用于本發(fā)明的由光照射產(chǎn)生酸的化合物的實(shí)例包括鎓鹽，諸如碘鎓鹽或锍鎓鹽，鹵代三嗪化合物，二砜化合物和磺酸酯化合物。
可適用于本發(fā)明的在酸性條件下對(duì)聚醚酰胺發(fā)生作用的交聯(lián)劑包括三聚氰胺化合物，其在酸性條件下與聚醚酰胺樹脂中的亞胺基團(tuán)發(fā)生縮聚反應(yīng)，還包括脲化合物。特別適合使用羥甲基化的三聚氰胺，諸如六羥甲基三聚氰胺，四羥甲基三聚氰胺，六甲氧基甲基三聚氰胺，四甲氧基甲基三聚氰胺，六乙氧基甲基三聚氰胺或四乙氧基甲基三聚氰胺及其烷基醚化合物，以及這些物質(zhì)的部分縮合化合物。此外，從優(yōu)異的光反應(yīng)性和存儲(chǔ)穩(wěn)定性出發(fā)，特別優(yōu)選使用包含90％或更多的六甲氧基甲基三聚氰胺單體的交聯(lián)劑。
使用含有N-甲基-2-吡咯烷酮的溶劑稀釋包含這些組分的光敏樹脂組合物，形成5-20wt％的濃度，此后通過諸如旋涂、輥涂或縫涂的涂布方式涂覆在基板上。除了N-甲基-2-吡咯烷酮以外，還可使用二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚等作為溶劑。隨后，如圖3中所示通過一般的光刻過程進(jìn)行構(gòu)圖，如果需要，進(jìn)行熱處理加熱固化該組合物，由此形成樹脂層(粘結(jié)層)10。光敏樹脂組合物除了涂布溶劑以外還可含有硅烷偶合劑，用于改進(jìn)對(duì)基底的粘合性，或者含有增感劑以改進(jìn)光敏性。
如圖4所示，通過使用可溶樹脂，油墨流動(dòng)通路圖案3形成在硅基板9上，該基板9上形成有噴墨壓力產(chǎn)生元件2。最通用的方法是使用光敏材料的形成方法。流動(dòng)通路圖案3需要在后續(xù)步驟中溶解并除去，由此優(yōu)選使用正性(positive type)抗蝕劑。特別優(yōu)選使用乙烯酮類型的光降解聚合物化合物，諸如聚甲基異丙烯酮，或聚乙烯酮和丙烯光降解聚合物化合物。
例如通過諸如旋涂、輥涂或縫涂的涂布方式涂覆包含上述光降解聚合物化合物并且使之具有10微米厚度的薄膜。此后，通過光刻技術(shù)形成所需的流動(dòng)通路圖案3。如圖5所示，通過諸如旋涂、輥涂或縫涂的通常涂布方式在其上形成有流動(dòng)通路圖案3的基板9上，形成具有20微米厚度(平板)的液體通路形成元件4。在形成液體通路形成元件4時(shí)，要求不使流動(dòng)通路圖案變形。特別地，在液體通路形成元件4溶解在溶劑中時(shí)，通過旋涂、輥涂等方式被涂覆在流動(dòng)通路圖案3上所得到的溶液，需要選擇不溶解該可溶的流動(dòng)通路圖案3的溶劑。
從通過光刻技術(shù)容易高精度地形成油墨噴孔6的觀點(diǎn)出發(fā)，光敏元件優(yōu)選用于液體通路形成元件4。需要這樣一種光敏涂布樹脂，其作為結(jié)構(gòu)材料具有高機(jī)械強(qiáng)度，當(dāng)其結(jié)合到基底上時(shí)，具有抗油墨，并且其精度可形成油墨噴孔的精細(xì)圖案的性能。作為滿足這些性能的材料，可優(yōu)選使用陽離子性聚合型環(huán)氧樹脂組合物。
在本發(fā)明中使用的環(huán)氧樹脂實(shí)例包括日本專利申請(qǐng)No.60-161973、日本專利申請(qǐng)No.63-221121、日本專利申請(qǐng)No.64-9216、日本專利申請(qǐng)No.2-140219中描述的雙酚A和表氯醇的反應(yīng)產(chǎn)物(其具有約900或更多的分子量)、溴代酚A和表氯醇的反應(yīng)產(chǎn)物、酚醛樹脂或鄰甲酚酚醛樹脂與表氯醇的反應(yīng)產(chǎn)物、具有氧代環(huán)己烷結(jié)構(gòu)的多功能性環(huán)氧樹脂。不過可用的環(huán)氧樹脂不限于這些化合物。
這些可用的環(huán)氧化合物優(yōu)選具有2000或更低的環(huán)氧當(dāng)量，更優(yōu)選1000或更低。其原因是如果環(huán)氧當(dāng)量超過2000的話，有可能性在固化反應(yīng)中造成交聯(lián)密度降低，在結(jié)合性和抗油墨方面產(chǎn)生問題。
上述在光照射下產(chǎn)生酸的化合物可用作用于固化環(huán)氧樹脂的光陽離子聚合引發(fā)劑。例如優(yōu)選使用可市購的產(chǎn)品諸如Asahi Denka公司的SP-150、SP-179或SP-172。
通過與還原劑組合使用以及加熱，該光陽離子聚合引發(fā)劑可促進(jìn)陽離子聚合(與僅用光陽離子聚合反應(yīng)相比，交聯(lián)密度得到改進(jìn))。但是，在使用光陽離子聚合引發(fā)劑與還原劑的組合的情況下，需要選擇還原劑以形成所謂氧化還原體系，該體系中在通常溫度下不發(fā)生反應(yīng)，并且在給定溫度下或更高溫度下發(fā)生反應(yīng)(優(yōu)選60℃或更高)。考慮到反應(yīng)性和在環(huán)氧樹脂中的溶解性，銅化合物，特別是銅triflate(銅(II)三氟代甲烷磺酸酯)是最優(yōu)選的還原劑。如果需要，可向組合物中合適地添加添加劑或類似物。例如可添加賦予柔性的試劑，用于降低環(huán)氧樹脂的彈性模量，或者可添加硅烷偶合劑，以進(jìn)一步獲得與基底的粘合性。
在液體通路形成元件4(圖6)上形成具有光敏性的抗油墨層5?？赏ㄟ^諸如旋涂、輥涂或縫涂的涂布方式形成抗油墨層5。但是，由于抗油墨層5形成在未固化的液體通路形成元件4上，需要二者均不顯示出比所需更大的相容性。如上所述，當(dāng)陽離子可聚合組合物用于液體通路形成元件4時(shí)，優(yōu)選陽離子聚合功能基包含在具有光敏性的抗油墨層5中。液體通路形成元件4作為基本組分含有光聚合引發(fā)劑，但是在抗油墨層5不必總是含有光聚合引發(fā)劑。該組合物可由對(duì)液體通路形成元件4的噴孔材料進(jìn)行固化時(shí)產(chǎn)生的陽離子固化和反應(yīng)。
通過掩模(未示出)進(jìn)行圖案曝光，此后顯影，以在朝向設(shè)置于基板上的噴墨壓力產(chǎn)生元件2的位置處形成噴孔6(圖7)。如圖7所示，使用合適的溶劑對(duì)圖案曝光過的液體通路形成元件4和抗油墨層5進(jìn)行顯影，以形成油墨噴孔6。在該情況下，可以同時(shí)使用顯影劑溶解和除去流動(dòng)通路圖案3。但是一般在硅基板9上排列有多個(gè)記錄頭，并通過切割步驟使之作為噴墨記錄頭。因此作為對(duì)切割時(shí)產(chǎn)生的粉塵的對(duì)策，優(yōu)選保留如圖7所示的油墨流動(dòng)通路圖案3(由于保留流動(dòng)通路圖案3，可以防止切割時(shí)產(chǎn)生的粉塵引入到液體通路中)，并且在切割步驟后再溶解和除去流動(dòng)通路圖案3。
形成貫通硅基板9的油墨供應(yīng)孔。使用依照本發(fā)明光敏樹脂組合物作為掩模來進(jìn)行各向異性蝕刻作為形成該油墨供應(yīng)孔的方法?？紤]到實(shí)施堿性化學(xué)蝕刻的處理方向，作為晶體取向具有<100>或<110>平面取向的硅基板可在深度方向和寬度方向具有選擇性，由此獲得各向異性蝕刻。特別是在具有<100>晶體取向的硅基板中，被蝕刻的基板的深度是受到所進(jìn)行蝕刻的寬度來幾何地(geometrically)確定的，因此可控制蝕刻的深度。例如，可形成從蝕刻起始平面開始在深度方向變窄的具有54.7°梯度的孔。
如圖8所示，本發(fā)明的光敏樹脂組合物層11首先形成在硅基板9的背面，通過光刻技術(shù)使用掩模(未示出)(圖9)進(jìn)行構(gòu)圖，基板被浸入到氫氧化鉀、氫氧化鈉、四甲基銨氫氧化物等的水性溶液中，該溶液是一種進(jìn)行蝕刻的堿性蝕刻劑，由此形成油墨供應(yīng)孔7(圖10)。在該情況下，如日本專利申請(qǐng)No.2001-10070中所述，即使使用具有介電膜的，諸如硅氧化物薄膜或硅氮化物薄膜的雙層結(jié)構(gòu)掩模以防止諸如針孔的缺陷，將不會(huì)產(chǎn)生任何問題。此外，可在形成粘結(jié)層時(shí)，事先在基板的背面形成蝕刻掩模。
在切割和分離步驟后(未示出)，流動(dòng)通路圖案3將被溶解和除去，如果需要的話，除去作為蝕刻掩模的光敏樹脂組合物層10。此外，如果需要通過施加熱處理，液體流動(dòng)通路4和抗油墨層5完全固化。此后，基板結(jié)合在用于供應(yīng)油墨的元件上(未示出)，實(shí)施用于驅(qū)動(dòng)噴墨壓力產(chǎn)生元件的電連接(未示出)，由此完成噴墨記錄頭(圖11)。
以下將基于實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
實(shí)施例1制造噴墨記錄頭在該實(shí)施例中，噴墨記錄頭依照以上所解釋的圖1-11所示的步驟進(jìn)行制造，并且對(duì)這種噴墨記錄頭進(jìn)行評(píng)價(jià)。
提供了以電熱轉(zhuǎn)換元件(由HfB2材料制造的加熱器)作為噴墨壓力產(chǎn)生元件2，和在油墨通路處和噴孔形成部位具有SiN和Ta的層疊膜(未示出)的硅基板9(圖1和圖2)。使用光敏聚醚酰胺樹脂組合物來形成樹脂層(粘結(jié)層)10，該組合物具有以下組分(圖3)。
聚醚酰胺樹脂20重量份，其重均分子量(Mw)為25000并且具有以下重復(fù)單元通式(3)
交聯(lián)劑2重量份六甲氧基甲基三聚氰胺E-2151(商品名Sanwa化學(xué)公司的產(chǎn)品)光聚合引發(fā)劑0.5重量份SP-172(商品名Asahi Denka公司的產(chǎn)品)N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)77.5重量份按以下處理?xiàng)l件進(jìn)行構(gòu)圖(此后稱為“構(gòu)圖條件(1)”)。特別地，上述光敏聚醚酰胺樹脂組合物通過旋轉(zhuǎn)涂布方式被涂覆在硅基板9上，形成厚度為3.0微米的樹脂組合物薄膜。該薄膜在烘箱中于90℃下預(yù)烘烤2分鐘。該薄膜用掩模校準(zhǔn)器MPA-600在1000mJ/cm2下進(jìn)行曝光，此后在烘箱中于120℃下進(jìn)行2分鐘后烘烤(PEB)。該薄膜在NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)中進(jìn)行60秒、在IPA(異丙醇)中進(jìn)行30秒的旋轉(zhuǎn)顯影，干燥30秒，并在烘箱中在250℃下固化30分鐘。
在基板上形成流動(dòng)通路圖案3，使用聚甲基異丙烯酮(商品名ODUR-1010，由Tokyo Ohka Kogyo公司制造)進(jìn)行處理(圖4)。
在以下處理?xiàng)l件下進(jìn)行構(gòu)圖(此后稱為“構(gòu)圖條件(2)”)。具體地是通過旋轉(zhuǎn)涂布形成厚度為10微米的液體通路圖案薄膜，并在烘箱中于120℃下預(yù)烘烤20分鐘。使用佳能公司制造的掩模校準(zhǔn)器MPA-600在1500mJ/cm2下、以及具有254nm波長(zhǎng)的光對(duì)該薄膜曝光。該薄膜在甲基異丁基酮/二甲苯＝2/1(重量比)的混合溶劑中進(jìn)行60秒的旋轉(zhuǎn)顯影，在二甲苯溶劑中進(jìn)行30秒的旋轉(zhuǎn)顯影，并且干燥30秒。
具有以下組分的光敏樹脂組合物通過旋轉(zhuǎn)涂布(在平板上的薄膜厚度為20微米)涂覆在將要處理的基板上，并在烘箱中于100℃下烘烤2分鐘，以形成液體通路形成元件4(圖5)。
環(huán)氧樹脂(商品名EHPE，由100重量份Daicel Chemical Industries制造)附加樹脂(商品名1.4HFAB， 20重量份由Central Glass公司制造)光陽離子性聚合催化劑(商品 2重量份名SP-170，由Asahi Denka公司制造)硅烷偶合劑(商品名A-187，5重量份由Nippon Unicar公司制造)甲基異丁基酮 100重量份二乙二醇二甲醚(diglyme) 100重量份具有以下組分的光敏樹脂組合物通過旋轉(zhuǎn)涂布涂覆在將要處理的基板上，以形成厚度為1微米的薄膜。該薄膜在烘箱中于80℃下烘烤3分鐘，以形成抗油墨層5(圖6)。
環(huán)氧樹脂(商品名EHPE-3158， 35重量份由Daicel Chemical Industries制造)2，2-二(4-縮水甘油氧基苯 25重量份基)-六氟代丙烷1，4-二(2-羥基六氟代-異 25重量份丙基)苯3-(2-全氟代己基)乙氧基- 16重量份1，2-環(huán)氧丙烷硅烷偶合劑(商品名A-187， 4重量份由Nippon Unicar公司制造)光陽離子性聚合催化劑(商品2重量份名SP-170，由Asahi Denka公司制造)二乙二醇單乙醚 100重量份在以下條件下對(duì)液體通路形成元件4和抗油墨層5進(jìn)行構(gòu)圖，以形成油墨噴孔6(圖7)。具體地，使用佳能公司制造的掩模校準(zhǔn)器MPA-600在200mJ/cm2下對(duì)該基板進(jìn)行曝光，曝光后，在烘箱中于120℃下預(yù)烘烤90秒。將該基板浸在甲基異丁基酮中進(jìn)行60秒的旋轉(zhuǎn)顯影，并且在異丙醇(IPA)中進(jìn)行30秒的旋轉(zhuǎn)顯影，此后干燥30秒鐘，并在烘箱中于130℃下固化120分鐘。在該實(shí)施例中，所形成的噴孔圖案具有15微米的開口直徑。
在基板背面上構(gòu)圖形成具有1mm寬度，10mm長(zhǎng)度的開口形狀，將在與構(gòu)圖條件(1)相同的條件下使用上述光敏聚醚酰胺樹脂組合物處理該基板，在200℃下進(jìn)行60分鐘的熱處理以形成蝕刻掩模。將處理的基板被浸在80℃的22重量％的TMAH水性溶液中，以對(duì)硅基板9進(jìn)行各向異性蝕刻，由此形成油墨供應(yīng)孔7(圖8-10)。在該情況下，為了保護(hù)抗油墨層5不被抗蝕劑蝕刻，在抗油墨層5上施加保護(hù)膜(商品名OBC，由Tokyo Ohka Kogyo公司制造)，并且進(jìn)行各向異性蝕刻。
使用二甲苯溶解和除去用作保護(hù)膜的OBC后，將要處理的基板在上述構(gòu)圖條件(2)以及3000mJ/cm2下使用PLA-620進(jìn)行整體曝光，以溶解流動(dòng)通路圖案3。該基板被浸在甲基異丁基酮中，同時(shí)對(duì)其施加超聲波，以溶解和除去流動(dòng)通路圖案，由此形成噴墨記錄頭(圖11)。該光敏聚醚酰胺樹脂組合物層被用作蝕刻掩模，并通過干式蝕刻除去。
粘合性的評(píng)價(jià)所得的噴墨記錄頭浸在包含以下組合物的堿性油墨中，以進(jìn)行壓力蒸煮器測(cè)試(PCT)(121℃飽和條件-100小時(shí))。觀察構(gòu)成液體通路形成元件的樹脂材料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)未發(fā)生變化。

實(shí)施例2
除了使用其中添加有增敏劑(商品名SP-100，由Asahi Denka公司制造)的光敏聚醚酰胺樹脂組合物，并且其量為光聚合引發(fā)劑(商品名SP-172，由Asahi Denka公司制造)的一半，改變構(gòu)圖的曝光量至500mJ/cm2以外，在如實(shí)施例1一樣的方式下制造噴墨記錄頭并進(jìn)行PCT。結(jié)果未發(fā)現(xiàn)改變。
實(shí)施例3除了使用重均分子量(Mw)為32000并且具有以下重復(fù)單元的樹脂作為聚醚酰胺樹脂以外，在如實(shí)施例1一樣的方式下制造噴墨記錄頭并進(jìn)行PCT。結(jié)果未發(fā)現(xiàn)改變。
通式(4) 對(duì)比實(shí)施例1除了不形成樹脂層(粘結(jié)層)10以外，在如實(shí)施例1一樣的方式下制造噴墨記錄頭并進(jìn)行PCT。結(jié)果發(fā)現(xiàn)液體通路形成元件4和硅基板9之間發(fā)生剝落。這被認(rèn)為是由于硅基板9上形成的(SiN+Ta)層與液體通路形成元件4之間的粘合性不足造成的。
對(duì)比實(shí)施例2除了使用光敏聚酰亞胺(商品名Photoneece UR3100，由TorayIndustries制造)作為樹脂層(粘結(jié)層)10以外，在如實(shí)施例1一樣的方式下制造噴墨記錄頭并進(jìn)行PCT。對(duì)光敏聚酰亞胺進(jìn)行的構(gòu)圖是在由制造商指出的條件下使用專有顯影劑實(shí)施的，固化條件是130℃下進(jìn)行30分鐘和在300℃下進(jìn)行1小時(shí)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)作為樹脂層(粘結(jié)層)10的光敏聚酰亞胺完全消失，并且發(fā)現(xiàn)液體通路形成元件4剝落。
對(duì)比實(shí)施例3除了使用非光敏聚醚酰胺(商品名HIMAL-1200，由HitachiChemical公司制造)并進(jìn)一步使用正性抗蝕劑(商品名OFPR800，由Tokyo Ohka Kogyo公司制造)通過氧等離子進(jìn)行干式蝕刻，此后溶解和除去該正性抗蝕劑形成樹脂層(粘結(jié)層)10以外，在如實(shí)施例1一樣的方式下制造噴墨記錄頭并進(jìn)行PCT。結(jié)果未發(fā)現(xiàn)改變，但是處理步驟增加，使得加工復(fù)雜。
對(duì)比實(shí)施例4除了使用非光敏聚醚酰胺(商品名HIMAL-1200，由HitachiChemical公司制造)作為硅基板9背面的蝕刻掩模，使用正性抗蝕劑(商品名OFPR800，由Tokyo Ohka Kogyo公司制造)通過氧等離子進(jìn)行干式蝕刻，此后溶解和除去該正性抗蝕劑形成樹脂組合物層1以外，在如實(shí)施例1一樣的方式下制造噴墨記錄頭并進(jìn)行PCT。結(jié)果毫無問題地形成油墨供應(yīng)孔7，但是處理步驟增加，使得加工復(fù)雜。
如上所述，依照本發(fā)明可提供適于制造噴墨記錄頭的光敏樹脂組合物。此外，通過使用依照本發(fā)明的光敏樹脂組合物，可增加其上形成有噴墨壓力產(chǎn)生元件的基板和液體通路形成元件之間的粘合性，結(jié)果可提供具有高可靠性的噴墨記錄頭。此外，還可以簡(jiǎn)單的方法制造出具有高可靠性的噴墨記錄頭。
權(quán)利要求
1.一種光敏樹脂組合物，其包括具有下述通式(1)所示重復(fù)單元的聚醚酰胺樹脂，一種由光照射產(chǎn)生酸的化合物，以及一種在酸性條件下對(duì)聚醚酰胺樹脂起作用的交聯(lián)劑；通式(1) 其中R1到R4分別獨(dú)立地表示氫原子、具有1-4個(gè)碳原子的烷基、具有1-4個(gè)碳原子的烷氧基、或鹵素原子；R5到R6分別獨(dú)立地表示氫原子、具有1-4個(gè)碳原子的烷基或具有1-4個(gè)碳原子的鹵素取代的烷基；Ar1表示取代或未取代的亞苯基、亞聯(lián)苯基或亞萘基；其中n為正整數(shù)。
2.權(quán)利要求1的光敏樹脂組合物，其中用于聚醚酰胺樹脂的交聯(lián)劑包括可縮合的三聚氰胺化合物或可縮合的脲化合物。
3.權(quán)利要求2的光敏樹脂組合物，其中該可縮合的三聚氰胺化合物為下述通式(2)所示的三聚氰胺化合物和/或其縮合物，通式(2) 其中R7到R12分別獨(dú)立地表示氫原子、羥甲基或甲氧基甲基。
4.權(quán)利要求3的光敏樹脂組合物，其中該可縮合的三聚氰胺化合物含有90％或更多六甲氧基甲基三聚氰胺的單體。
5.一種噴墨記錄頭，其包括用于噴墨的噴孔；與噴孔相通的油墨流動(dòng)通路；其上形成有壓力產(chǎn)生元件的基板，該元件產(chǎn)生用于從噴孔噴墨的壓力；通過與基板結(jié)合形成油墨流動(dòng)通路的油墨流動(dòng)通路形成元件，其中油墨流動(dòng)通路形成元件通過依照權(quán)利要求1的光敏樹脂組合物形成的固化產(chǎn)物層與基板結(jié)合。
6.權(quán)利要求5所述的噴墨記錄頭，其中油墨流動(dòng)通路形成元件由樹脂形成。
7.權(quán)利要求5或6所述的噴墨記錄頭，其中油墨流動(dòng)通路形成元件由環(huán)氧樹脂的陽離子聚合性化合物形成。
8.權(quán)利要求5～7中任一項(xiàng)所述的噴墨記錄頭，其中用于噴墨的噴孔設(shè)置在朝向壓力產(chǎn)生元件的一側(cè)。
9.權(quán)利要求5～8中任一項(xiàng)所述的噴墨記錄頭，其中壓力產(chǎn)生元件包括一個(gè)電熱轉(zhuǎn)換元件。
10.一種噴墨記錄頭的制造方法，其中噴墨記錄頭包括用于噴墨的噴孔，與噴孔相通的油墨流動(dòng)通路；其上形成有壓力產(chǎn)生元件的基板，該元件產(chǎn)生用于從噴孔噴墨的壓力；通過與基板結(jié)合形成油墨流動(dòng)通路的油墨流動(dòng)通路形成元件，該方法包括在其上形成有壓力產(chǎn)生元件的基板上至少形成權(quán)利要求1的光敏樹脂組合物的圖案；使用可溶樹脂在其上具有光敏樹脂組合物圖案的基板上形成油墨通路圖案；在油墨流動(dòng)通路圖案上形成該油墨通路形成元件；在朝向基板壓力產(chǎn)生元件裝配位置的油墨通路形成元件區(qū)域形成油墨噴孔；通過溶解和除去油墨流動(dòng)通路圖案來形成油墨流動(dòng)通路。
11.一種制造噴墨記錄頭的方法，其中噴墨記錄頭包括用于噴墨的噴孔，與噴孔相通的油墨流動(dòng)通路；其上形成有壓力產(chǎn)生元件的基板，該元件產(chǎn)生用于從噴孔噴墨的壓力；通過與基板結(jié)合形成油墨流動(dòng)通路的油墨流動(dòng)通路形成元件；通過貫通基板與油墨流動(dòng)通路相通的油墨供應(yīng)孔，該方法包括至少使用權(quán)利要求1的光敏樹脂組合物作為蝕刻用抗蝕劑掩模，通過蝕刻形成貫通基板的油墨供應(yīng)噴孔。
12.權(quán)利要求11所述的噴墨記錄頭的制造方法，其中硅基板用作基板，由各向異性蝕刻形成貫通基板的油墨供應(yīng)孔。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可在形成噴墨記錄頭時(shí)使用的光敏樹脂組合物，以及該記錄頭的制造方法。該組合物包括具有下述通式(1)所示重復(fù)單元的聚醚酰胺樹脂、一種由光照射產(chǎn)生酸的化合物以及一種用于在酸性條件下對(duì)聚醚酰胺樹脂起作用的交聯(lián)劑。該組合物能夠改進(jìn)構(gòu)成噴墨記錄頭的基板和油墨流動(dòng)通路形成元件之間的粘合性。
文檔編號(hào)B41J2/16GK1781058SQ200480011699
公開日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2004年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月16日
發(fā)明者芝昭二, 石倉宏惠 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社