(57)【要約】【課題】高精度に位置合わせがされたデバイスチップを有する液体吐出ヘッドを提供すること。【解決手段】液体を吐出する吐出口が形成されたデバイスチップが少なくとも２つ以上、ベースプレート上に配置される液体吐出ヘッドであって、前記ベースプレート上には、第１の基準マークが備えられ、前記デバイスチップ上には、第２の基準マークが備えられ、隣接するデバイスチップ間には、少なくとも一部の空間が形成され、前記第２の基準マークと前記空間に存在する前記第１の基準マークとが、デバイスチップが配列されている配列軸上に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する吐出口が形成されたデバイスチップが少なくとも２つ以上、ベースプレート上に配置される液体吐出ヘッドであって、
前記ベースプレート上には、第１の基準マークが備えられ、
前記デバイスチップ上には、第２の基準マークが備えられ、
隣接するデバイスチップ間には、少なくとも一部の空間が形成され、
前記第２の基準マークと前記空間に存在する前記第１の基準マークとが、デバイスチップが配列されている配列軸上に配置されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記デバイスチップは、角が少なくとも５つ以上の多角形状を有し、
前記多角形状によって生じる一部の空間が、前記隣接するデバイスチップ間に形成されている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記デバイスチップは、前記ベースプレート上に一列に配列されている、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記デバイスチップは、電気接合部を備え、
前記第２の基準マークは、前記電気接合部が配列されている配列軸上に配置されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記デバイスチップは、デバイスチップが配列されている配列方向において、隣接するデバイスチップ同士の吐出口が重複する領域を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記デバイスチップは、前記ベースプレート上に、第一の方向および前記第一の方向と交わる第二の方向にマトリックス状に配置されている、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記デバイスチップには、複数の前記第２の基準マークが備えられ、
前記複数の第２の基準マークは、
前記第一の方向における前記空間に存在する前記第１の基準マークに対して前記第一の方向の軸上に配置される基準マークと、
前記第二の方向における前記空間に存在する前記第１の基準マークに対して前記第二の方向の軸上に配置される基準マークと、
を含む、請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記デバイスチップは、前記デバイスチップの基板の裏面に電気接合部を備え、
前記空間は、電気接合部を被覆する封止剤で埋め込まれている、請求項６または７に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
液体を吐出する吐出口が形成されたデバイスチップが少なくとも２つ以上、ベースプレート上に配置される液体吐出ヘッドの製造方法であって、
第１の基準マークが備えられた前記ベースプレート上に接着剤を塗工する工程と、
前記接着剤が塗工された前記ベースプレート上に、第２の基準マークが備えられたデバイスチップを接合する工程と、
を有し、
前記接合された、隣接するデバイスチップ間には、少なくとも一部の空間が形成されており、
前記第２の基準マークと前記空間に存在する前記第１の基準マークとが、デバイスチップが配列されている配列軸上に配置されていることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記接合する工程は、前記デバイスチップを少なくとも２つ以上、同時にベースプレート上に接合する工程を含む、請求項９に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記デバイスチップの基板の裏面に、電気接合部が備えられており、
前記空間に、電気接合部を被覆する封止剤を注入する工程をさらに有する、請求項９または１０に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置等の液体吐出装置において、液体吐出ヘッドが用いられている。液体吐出ヘッドには、複数の吐出口を有するデバイスチップが配置されている。近年では、複数のデバイスチップを一列に配置し、記録幅を広げることを可能にした液体吐出ヘッドが用いられている。
【０００３】
特許文献１には、プリントヘッドの複数のＩＣチップを一列に配置するためのＩＣチップの形状、および、ＩＣチップと流路ユニットとの配置関係が記載されている。具体的には、特許文献１には、特許文献１の図２に示されているように、複数のＩＣチップ１００（特許文献１の参照符号を示す。以下、特許文献１の説明文章において同様である。）を隙間なく一列に配列することが記載されている。また、特許文献１の図１１に示されているように、特許文献１では、ＩＣチップ１００上の基準マーク１０３Ａと、液体流路構造を有したチャネル成型体１２４上の基準マーク１０３Ｂとを用いてＩＣチップ１００の位置合わせが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／００２０９６５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、ＩＣチップ１００が隙間なく一列に配列されるので、液体流路構造を有するチャネル成型体１２４上の基準マーク１０３Ｂを、複数のＩＣチップ１００の配列方向の配列軸上に配置することができない。このため、隣接するチップ間の位置合わせ精度が低下する虞がある。
【０００６】
本発明は、高精度に位置合わせがされたデバイスチップを有する液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口が形成されたデバイスチップが少なくとも２つ以上、ベースプレート上に配置される液体吐出ヘッドであって、前記ベースプレート上には、第１の基準マークが備えられ、前記デバイスチップ上には、第２の基準マークが備えられ、隣接するデバイスチップ間には、少なくとも一部の空間が形成され、前記第２の基準マークと前記空間に存在する前記第１の基準マークとが、デバイスチップが配列されている配列軸上に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高精度に位置合わせがされたデバイスチップを有する液体吐出ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】液体吐出ヘッドの一例を示す斜視図である。
【図２】デバイスチップの一例を示す図である。
【図３】デバイスチップ形状の一例を示す図である。
【図４】液体吐出ヘッドの製造方法を説明する図である。
【図５】デバイスチップの一例を示す図である。
【図６】ＶＩ−ＶＩ線断面を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。尚、以下に述べる実施形態は、適切な具体例であるから、技術的に好ましい様々の限定が付けられている。しかし、本明細書の実施形態やその他の具体的方法に限定されるものではない。
【００１１】
＜＜実施形態１＞＞
図１は、本実施形態の液体吐出ヘッド１３の一例を示す斜視図である。ベースプレート１は、不図示のタンクから液体（例えばインク）をデバイスチップ２に供給するための液体流路構造を有する。ベースプレート１は、耐薬品性および耐熱性が高く、絶縁性を有し、かつ機械的強度の高いものが好ましい。例えば、ベースプレート１は、Ａｌ2Ｏ3などのファインセラミック、および、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などのプラスチックによって構成されている。
【００１２】
ベースプレート１の上面には、接着剤（図１では不図示）を介して、デバイスチップ２が直線状に接合されている。図１の例では、４個のデバイスチップ２が配列されている例を示しているが、デバイスチップの数は４個に限定されるものではなく、２以上の任意の数のデバイスチップ２で構成されてよい。また、ベースプレート１の上面には、第１の基準マーク７が備えられている。
【００１３】
各デバイスチップ２には、基板３が備えられており、基板３の上面には、吐出口形成部材４が備えられている。また、基板３の上面において吐出口形成部材４が備えられていない領域に、電気接合部５および第２の基準マーク８が備えられている。吐出口形成部材４上には、複数の吐出口６が形成されている。
【００１４】
図２は、本実施形態のデバイスチップ２を説明する図である。図２（ａ）は、図１のＡ部の上面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ線断面図を模した図である。デバイスチップ２においては、液体を吐出させるためのエネルギー発生素子１２が組み込まれた基板３上に、液体を吐出させるための吐出口形成部材４とエネルギー発生素子１２を駆動させるための電気接合部５とが形成されている。基板３は、例えばＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、ダイヤモンド、酸化物半導体であるＺｎＯ、窒化物半導体であるＩｎＮもしくはＧａＮ、または、これらの混合物等、あるいは、有機半導体等の半導体材料によって構成されている。エネルギー発生素子１２としては、公知の素子を用いることができる。例えば、熱エネルギーを用いるヒーター素子（発熱抵抗素子）または機械的エネルギーを用いるピエゾ素子等が挙げられる。基板３には、ベースプレート１からインクなどの液体を吐出口形成部材４へ供給するための液体供給口９が形成されている。液体供給口９を形成する方法としては、例えばドライエッチングもしくはウエットエッチングなどのエッチング方法、または、レーザーアブレーション加工などで基板３を貫通させる方法が挙げられる。吐出口形成部材４は、液体を流すための流路と吐出口６とを備えた三次元構造となっている。吐出口形成部材４の材料としては、例えばＳｉ、ＳｉＣもしくはＳｉＯなどの無機材料、または、エポキシ樹脂などの有機材料が挙げられる。
【００１５】
デバイスチップ２の形状は、各デバイスチップ２が配列された場合に、隣接するデバイスチップ２同士の間に空間が生じるような形状となっている。例えば、第一のデバイスチップと第二のデバイスチップとが、デバイスチップが配列される配列方向において一列に配列される場合を想定する。本実施形態のデバイスチップ２は、第一のデバイスチップと第二のデバイスチップとの間には、少なくとも一部の隙間が生じるような形状となっている。このような隙間が生じることで、上面からデバイスチップ２を見た場合に、ベースプレート１の一部の表面が隙間から見える。このベースプレート１の一部の表面に第１の基準マーク７が配置されていると、ベースプレート１上に配置されている基準マーク（第１の基準マーク７）を用いた位置合わせが可能となる。
【００１６】
図３は、デバイスチップ２の形状の一例を示す図である。図３は、デバイスチップ２を上面から見た場合の形状の例を示している。例えば、デバイスチップ２は、図３（a）に示すように、平行四辺形の鋭角部をトリミングした形状であってよい。図３（ａ）では、平行四辺形の鋭角部の両方をトリミングした形状としているが、第２の基準マーク８が配置されている側の鋭角部のみをトリミングした形状としてもよい。デバイスチップ２は、図３（ｂ）に示すように、台形の鋭角部をトリミングした形状であってよい。図３（ｂ）では、図の横方向（Ｘ方向）の両端に第２の基準マーク８が形成されている例を示しているが、一端のみに第２の基準マーク８が形成されてもよい。この場合、第２の基準マーク８が形成されている側の鋭角部のみをトリミングした形状としてもよい。このように、デバイスチップ２の形状は、角が５つ以上の多角形状であってよい。
【００１７】
また、本実施形態のデバイスチップ２は、隣接するデバイスチップに空間が生じる形状であればよい。従って、例えば、図３（ｃ）に示すような、対称的な形状ではない異形なデバイスチップであってもよい。また、デバイスチップ同士の形状が異なっていてもよい。また、第一のデバイスチップ、第二のデバイスチップ、第三のデバイスチップ、および第四のデバイスチップが、この順に配列される場合を想定する。この場合、配列方向の端部に相当する第一および第四のデバイスチップを別形状とし、端部以外に相当する第二および第三のデバイスチップを同一形状としてもよい。いずれの形状にせよ、配列された場合に隣接するデバイスチップ２の間に空間が生じる形状であればよい。
【００１８】
また、デバイスチップ２は、ベースプレート１上に配置された場合に隣接するデバイスチップ２の吐出口が配列方向において重複するように、吐出口が形成されていることが好ましい。これにより、デバイスチップ２が配列方向に配置された液体吐出ヘッド１３において、隣接デバイスチップ間の吐出口６は、互いに配列方向においてオーバーラップする。従って、隣接領域においては、いずれかのデバイスチップの吐出口６で吐出が可能となるので、配列方向において途切れることがない連続的な吐出が可能となる。
【００１９】
本実施形態において、ベースプレート１上には、デバイスチップ２を配置する際の位置合わせに用いられる第１の基準マーク７が配置されている。第１の基準マーク７は、デバイスチップ２が配置される配列軸に沿って形成されている。第１の基準マーク７を形成する方法としては、ベースプレート１が樹脂材料であれば、モールド形成またはレーザー描写などによる加工方法が挙げられる。ベースプレート１がセラミックであれば、超音波加工または金属転写などによる加工方法が挙げられる。ベースプレート１上に精度良く第１の基準マーク７がマーキングできる加工方法であればよい。
【００２０】
本実施形態の液体吐出ヘッド１３は、デバイスチップの第２の基準マーク８と、隣接して配置されるデバイスチップ２同士の間に生じる空間に存在する第１の基準マーク７とが、デバイスチップが配列されている配列軸上に配置されている。例えば、本実施形態では、隣接して配置されるデバイスチップ２同士の間に生じる空間に第１の基準マーク７が位置するように、ベースプレート１上に第１の基準マーク７が配置されている。換言すれば、ベースプレート１上に配置されている第１の基準マーク７を覆わないように、デバイスチップ２の形状が形成されている。つまり、ベースプレート１上に第１の基準マーク７が配置される位置と、デバイスチップ２の形状とは、互いに関連している。
【００２１】
本実施形態においては、デバイスチップ２上に、第２の基準マーク８が配置されている。第２の基準マーク８は、第１の基準マーク７と位置合わせを行うためのマークである。第２の基準マーク８および吐出口６は、半導体製造装置でパターニングされるため、デバイスチップ２上で高精度に配置されている。本実施形態の液体吐出ヘッド１３では、第２の基準マーク８と第１の基準マーク７とは、デバイスチップ２の配列軸上に配置される。即ち、隣接するデバイスチップ２上の第２の基準マーク８と、ベースプレート上の第１の基準マーク７とは、デバイスチップ２の配列軸上に配置される。また、本実施形態では、デバイスチップ２上に電気接合部５が、デバイスチップの配列方向に配列されており、第２の基準マーク８は、この電気接合部５の配列軸上に配置されている。
【００２２】
尚、本実施形態の図においては、第１の基準マーク７および第２の基準マーク８の形状は、丸形状である例を示しているが、これに限られない。十字形状でもよいし、周りのパターンと誤認しないようなパターンであってもよい。また、第１の基準マーク７および第２の基準マーク８の形状は、互いに同じ形状であってもよいし、異なる形状であってもよい。また、複数の第１の基準マーク７同士は、同じ形状であってもよいし、異なる形状であってもよい。また、複数の第２の基準マーク８同士は、同じ形状であってよいし、異なる形状であってもよい。
【００２３】
図４は、本実施形態の液体吐出ヘッド１３の製造方法を説明する図である。図４（ａ）から図４（ｄ）の順に工程が進むものとする。ベースプレート１にはタンクから液体を吐出口６へ供給する流路１０が備えられている。
【００２４】
図４（ａ）に示すように、ベースプレート１上に配置された基準マーク７０１、７０２、７０３、７０４と流路１０とを避けるように接着剤１１を塗工する工程が行われる。詳しくは、接着剤１１は、流路１０の間で連通せず、かつ流路をふさがないように、塗工する量と塗工領域とが調整される。接着剤１１を塗工する手法としては、例えばノズルディスペンサー、ローラー、またはスタンパーなどを用いて塗工する方法が挙げられる。接着剤１１としては、熱硬化接着剤またはＵＶ硬化接着剤などが挙げられる。
【００２５】
次に、図４（ｂ）に示すように、デバイスチップ２０１をチップマウンターにてベースプレート１に接合する工程が行われる。このとき、ベースプレート１上の基準マーク７０１とデバイスチップ２０１上の基準マーク８０１とを用いた位置合わせが行われる。本実施形態では、カメラを用いた画像認識によって、基準マーク７０１と基準マーク８０１との位置合わせが行われ、デバイスチップ２０１が接着剤１１上に精度よく接合される。本実施形態では、精度よく接合するために、画像認識するカメラを１台にして同じ画面内での位置合わせ処理が行われる。図２に示すように、ベースプレート１の流路１０上に基板３の液体供給口９の位置が合うように位置合わせをする必要がある。精度の観点から、ベースプレート１上の基準マーク７０１とデバイスチップ２０１上の基準マーク８０１とは、近い位置で位置合わせができるように配置しておくことが好ましい。これにより、図４（ｂ）に示すように、配列方向の端部のデバイスチップ２０１の接合の工程が完了する。
【００２６】
次に、図４（ｃ）に示すように、デバイスチップ２０１に隣接するデバイスチップ２０２の接合工程が行われる。まず、デバイスチップ２０２がピックアップされる。そして、チップマウンターにて、ベースプレート１上の基準マーク７０２を検出しながら、デバイスチップ２０２上の基準マーク８０２を検出し、画像認識にて位置合わせが行われ、デバイスチップ２０２が精度良く接合される。位置合わせ精度の観点から、デバイスチップ２０１上の基準マーク８０１も本工程において検出することが好ましい。本製造方法では、チップマウンターでデバイスチップを１チップずつ、接合しているが、スループット上げるために複数のマウントフィンガーで複数のデバイスチップを同時にマウント接合してもよい。その際に各デバイスチップ２でベースプレート１上の第１の基準マーク７を検出し、各々で同時に位置合わせをして、工程時間を短縮する方法を用いてもよい。
【００２７】
次に、図４（ｄ）に示すように、これまでの工程と同様に、デバイスチップ２０３および２０４をチップマウンターにて、ベースプレート１上に接合する工程が行われる。
【００２８】
最後に、デバイスチップ２０１、２０２、２０３、２０４上に形成された電気接合部５にエネルギー発生素子を駆動するための電気配線部材の電気的接合（不図示）が行われ、液体吐出ヘッド１３が完成される。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態のデバイスチップ２は、隣接するデバイスチップとの間に空間が生じる形状に構成されている。また、その空間に対応するベースプレート１上に第１の基準マーク７が配置されている。第１の基準マーク７は、配列軸上に配置されている。デバイスチップ２には、それぞれ第２の基準マーク８が配置されている。そして、デバイスチップ２がベースプレート１に接合される際に、第１の基準マーク７と第２の基準マーク８とを用いて、配列軸上での位置合わせが行われる。
【００３０】
このように、本実施形態においては、第１の基準マーク７と第２の基準マーク８とを用いて、配列軸上での位置合わせが行われるので、精度良く位置合わせをすることができる。デバイスチップ上の第２の基準マーク８同士で位置合わせを行う相対的な位置合わせと比べて、本実施形態のようにベースプレート上の第１の基準マーク７と位置合わせをする方が、精度良く位置合わせをすることができる。また、配列軸上に配置されている第１の基準マーク７と位置合わせをすることで、例えば、配列方向と直交する方向（液体吐出ヘッド１３の短手方向）に基準マークが配置されるような場合に比べて、軸がぶれずに精度良く位置合わせをすることができる。また、本実施形態のデバイスチップ２は、隣接するデバイスチップの間に空間が生じる形状であるので、配列方向の端部に位置するデバイスチップ以外のデバイスチップでも、配列軸上に配置されている第１の基準マーク７と位置合わせをすることができる。このため、精度の良い位置合わせを行うことができる。
【００３１】
＜＜実施形態２＞＞
実施形態１では、デバイスチップが、記録幅方向（Ｙ軸）に一列に配列される液体吐出ヘッドを説明した。実施形態２においては、デバイスチップが、記録幅方向（Ｙ軸）および記録幅方向に直交する方向（Ｘ軸）の両方にマトリックス状に配列される液体吐出ヘッドを説明する。製造方法については、実施形態１とほぼ同様であるので、ここではその違いを中心に説明する。
【００３２】
図５は、本実施形態のデバイスチップを説明する図である。ベースプレート１の上面には、接着剤（図５では不図示）を介して、デバイスチップ２０１〜２０９がマトリックス状に接合されている。図５では、９個のデバイスチップがベースプレート１上に配置されている例を示しているが、デバイスチップの数は９個に限定するものではなく、任意の数で構成してもよい。本実施形態のデバイスチップは、上下左右の隣接チップ間で空間が生じる形状となっている。ベースプレート上にデバイスチップを配置していく方法は実施形態１と同様である。本実施形態のデバイスチップ２０１〜２０９は、記録幅方向の配列軸（Ｙ軸、第一の方向）上に配置されている第１の基準マークと位置合わせをし、その上で、さらに、Ｘ軸（第二の方向）上に配置されている第１の基準マークと位置合わせをすることができる。例えばデバイスチップには、複数の第２の基準マークが配置されており、一方は、ベースプレート１上のＹ軸上に配置されている第１の基準マークと位置合わせをし、他方は、Ｘ軸上に配置されている第１の基準マークと位置合わせをすることができる。具体的には、図５のデバイスチップ２０５は、基準マーク８０５と基準マーク７０５とを用いて位置合わせをするとともに、基準マーク８０６と基準マーク７０６とを用いて位置合わせをすることができる。
【００３３】
本実施形態のデバイスチップ２０１〜２０９は、マトリックス状で配置されているため、電気接合部５は、デバイスチップの裏面側に配置される裏面電極として構成される。
【００３４】
図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線断面を模式的に示した図である。電気接合部５を基板３の裏面側に配置する方法としては、基板３に貫通口１７を設け、その貫通口１７側面に絶縁層を形成し、そこに電気配線としてのプラグ１４を形成する方法がある。貫通口１７を形成する手法として、ドライエッチングもしくはウエットエッチングなどのエッチング方法、または、レーザーアブレーション加工などが挙げられる。絶縁層は、例えばＳｉＯ2またはＴｉＯなどの酸化膜によって形成される。絶縁層の形成方法としては、ＬＰ−ＣＶＤなる化学気相堆積法またはＡＬＤなる原子堆積法などが挙げられる。プラグ１４としては、Ｃｕ、Ａｌ、またはＡｕなどの金属が挙げられる。プラグ１４を形成する方法としては、メッキまたはスパッタなどで貫通口に埋め込んだ後、基板裏面側をＣＭＰなどで研磨する方法が挙げられる。プラグ１４を形成する前にＣｕの拡散を防止するためのバリア層を絶縁膜上に形成してもよい。電気接続によっては、裏面をドライエッチングやウエットエッチングなどで薄加工することで、プラグ電極を出す工程を行ってもよい。
【００３５】
デバイスチップを電気接合する際は、電気配線部材がベースプレート１上に配置される。電気接合した後に電気的なショートなどを防いだり、インクなどの液体との接液を避けたりするため、電気接合部５に封止剤１５を隣接デバイスチップの空間１６から注入する。この際、図２の吐出口６を封止しないことと、隣接デバイスチップの側面を毛細血管現象で埋まるように封止剤の注量と時間を調整する。この結果、電気接合部５は、封止剤１５によって被覆される。このようにして、液体吐出ヘッドが完成される。
【００３６】
以上説明したように、デバイスチップがマトリックス状に配列される液体吐出ヘッドを製造する場合においても、デバイスチップをベースプレート上に高精度に位置合わせして配置することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１    ベースプレート
２    デバイスチップ
３    基板
７    第１の基準マーク
８    第２の基準マーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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