(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉからなる駆動用基板と、
前記駆動用基板上に酸化膜を介して配置されたポリシリコン膜と、
前記ポリシリコン膜に設けられた開口部と、
前記開口部及びポリシリコン膜の上に配置されたドライバーＩＣチップと、
前記開口部の底に配置され、前記ポリシリコン膜上に延出された圧電体膜と、
前記駆動用基板内に形成され前記圧電体膜下に位置する圧力発生室であって、前記圧電体膜によって加圧されるインクを入れる圧力発生室と、
を具備し、
前記開口部は、前記ドライバーＩＣチップと前記圧電体膜と前記ポリシリコン膜とで形成された空間であって、前記圧力発生室内のインクを加圧する際に前記圧電体膜の動きを阻害しないものであることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記圧電体膜にドライバーＩＣチップからの電圧を印加するためのボンディングワイヤをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記駆動用基板下に配置されたノズル基板と、前記ノズル基板に形成され、前記圧力発生室内で加圧されたインクの一部を吐出するためのノズル開口部と、をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記圧力発生室に連通して形成され、前記圧力発生室にインクを供給するインク供給部をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記インク供給部にインクを導入するためのインク導入口をさらに含むことを特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜上にポリシリコン膜を形成する工程と、
前記ポリシリコン膜に選択エッチングにより開口部を形成する工程と、
前記開口部の底に圧電体膜を形成する工程と、
前記シリコン基板内且つ前記圧電体膜下に選択エッチングにより圧力発生室を形成する工程と、
前記開口部及びポリシリコン膜の上にドライバーＩＣチップを実装する工程と、
を具備し、
前記圧力発生室は、前記圧電体膜によって加圧されるインクを入れるものであり、前記開口部は、前記ドライバーＩＣチップと前記圧電体膜と前記ポリシリコン膜とで形成された空間であって、前記圧力発生室内のインクを加圧する際に圧電体膜の動きを阻害しないためのものであることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電方式のインクジェットプリンタのヘッド及びその製造方法に関する。特には、駆動用基板と対向基板に相当する基板を１枚のＳｉ基板によって製作できるインクジェットヘッド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来のインクジェットヘッドの概略構成を示す断面図である。
【０００３】
このインクジェットヘッドはＳｉからなる駆動用基板１０１を有している。この駆動用基板１０１の下面にはステンレス製の薄い板からなるノズル基板１０３が配置されている。駆動用基板１０１の上面にはＳｉからなる対向基板１０５が配置されている。対向基板１０５の下面と駆動用基板１０１との間にはピエゾ素子などからなる圧電体膜（ＰＺＴ）１０６が配置されている。対向基板１０５の上面には有機フィルム(PPS Film）１０７が配置されており、この有機フィルム１０７の上面にはステンレス製の薄い板からなる基板１０９が配置されている。有機フィルム１０７及び基板１０９の内側且つ対向基板１０５の上面にはドライバーＩＣチップ１１１が配置されている。
【０００４】
対向基板１０５にはインク流路１０５ａが設けられており、インク流路１０５ａの一端にはインク導入口１０９ａが形成されている。このインク導入口１０９ａは、基板１０９及び有機フィルム１０７に設けられており、インクをインク流路１０５ａ内に導入するためのものである。インク流路１０５ａの他端にはインク供給部１０１ａの一端が連通して設けられており、インク供給部１０１ａの他端には圧力発生室１０１ｂが連通して設けられている。インク供給部１０１ａ及び圧力発生室１０１ｂは駆動用基板１０１に設けられている。
【０００５】
圧力発生室１０１ｂの上部には圧電体膜１０６が位置している。圧力発生室１０１ｂの下部にはインク滴を吐出させるノズル開口部１０３ａ，１０３ｂが形成されており、このノズル開口部１０３ａ，１０３ｂはノズル基板１０３に設けられている。
【０００６】
圧電体膜１０６の上下には図示せぬ電極層が形成されている。対向基板１０５には圧電体膜１０６上に位置する空間１０５ｂが設けられている。この空間１０５ｂは、圧力発生室１０１ｂに圧力を発生させるための圧電体膜の運動を阻害しない程度のものである。
【０００７】
前記電極層にはボンディングワイヤ１１３の一端が電気的に接続されており、このボンディングワイヤ１１３の他端はドライバーＩＣチップ１１１に電気的に接続されている。対向基板１０５の上には配線パターン１１５が形成されている。この配線パターン１１５にはボンディングワイヤ１１４の一端が電気的に接続されており、ボンディングワイヤ１１４の他端はドライバーＩＣチップ１１１に電気的に接続されている。
【０００８】
次に、上記インクジェットヘッドを用いて実際に印字を行う際の動作について説明する。
【０００９】
インク導入口１０９ａからインク流路１０５ａにインクを導入し、インク供給部１０１ａを介して圧力発生室１０１ｂにインクを満たす。そして、ドライバーＩＣチップ１１１からボンディングワイヤ１１３，１１４を介して圧電体膜の上下の電極層間に電界をかけることで圧電体膜１０６を矢印１１７の方向にたわませる。このたわんだ分の体積分が圧力発生室１０１ｂの容積を減少させ、それにより、その体積減少分の一部のインクがノズル開口部１０３ａ，１０３ｂから吐出される。このように吐出したインクを用いて印字を行う。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のインクジェットヘッドでは、Ｓｉからなる駆動用基板１０１とＳｉからなる対向基板１０５を別々に製作し、両者を貼り合わせることにより製造するような構造となっている。このようにＳｉの基板が２枚必要となるため、部品コストが高くなってしまう。
【００１１】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、駆動用基板と対向基板に相当する基板を１枚のＳｉ基板によって製作できるインクジェットヘッド及びその製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るインクジェットヘッドは、 開口部を有するシリコン基板である駆動用基板と、前記駆動用基板に貼り付けられ、ノズル前記開口部を有するノズル基板と、 前記ノズル基板が貼り付けられた面とは反対側の前記駆動用基板の面に、前記開口部を塞ぎ、前記駆動用基板上まで延出するように設置された圧電体膜と、前記駆動用基板と前記ノズル基板とで挟まれ、上面の一部が前記圧電体膜である圧力発生室と、前記圧電体膜を駆動させるドライバーICチップとを有し、前記圧電体膜を変動させて前記圧力発生室内のインクの圧力を変化させることによりノズルからインクを吐出させるインクジェットヘッドであって、前記駆動用基板の前記ノズル基板が接合された面とは反対側の面には、酸化膜を介してポリシリコン膜が形成されており、空間は、前記ドライバーＩＣチップと前記圧電体膜と前記ポリシリコン膜とで形成された空間であって、前記前記ドライバーICチップは、前記圧電体膜の動きを阻害しない空間を有して前記ポリシリコン膜及び、前記駆動用基板上まで延出された前記圧電体膜に接するよう載置されていることを特徴とする。
【００１３】
上記インクジェットヘッドによれば、駆動用基板上にシリコン酸化膜を介してポリシリコン膜を配置しているため、駆動用基板及び対向基板それぞれを製作するために２枚のシリコン基板が必要であった従来のインクジェットヘッドとは異なる。つまり、上記インクジェットヘッドでは、駆動用基板と対向基板に相当する基板を１枚のシリコン基板によって製作できる構造となっている。
【００１４】
また、本発明に係るインクジェットヘッドにおいては、上記圧電体膜にドライバーＩＣチップからの電圧を印加するためのボンディングワイヤをさらに含むことが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係るインクジェットヘッドにおいては、上記駆動用基板下に配置されたノズル基板と、このノズル基板に形成され、上記圧力発生室内で加圧されたインクの一部を吐出するためのノズル開口部と、をさらに含むことが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係るインクジェットヘッドにおいては、上記圧力発生室に連通して形成され、この圧力発生室にインクを供給するインク供給部をさらに含むことが好ましい。
【００１７】
また、本発明に係るインクジェットヘッドにおいては、上記インク供給部にインクを導入するためのインク導入口をさらに含むことが好ましい。
【００１８】
本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜上にポリシリコン膜を形成する工程と、前記ポリシリコン膜に選択エッチングにより開口部を形成する工程と、前記開口部を塞ぎ、前記駆動用基板上まで延出するように圧電体膜を形成する工程と、前記シリコン基板内且つ前記圧電体膜下に選択エッチングにより圧力発生室を形成する工程と、前記開口部及びポリシリコン膜の上にドライバーICチップを実装する工程と、を具備し、  前記圧力発生室は、前記圧電体膜によって加圧されるインクを入れるものであり、前記開口部は、前記ドライバーＩＣチップと前記圧電体膜と前記ポリシリコン膜とで形成された空間であって、前記圧力発生室内のインクを加圧する際に圧電体膜の動きを阻害しない大きさであることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態によるインクジェットヘッドの概略構成を示す断面図である。
【００２１】
このインクジェットヘッドはＳｉからなる駆動用基板１を有している。この駆動用基板１の下面にはステンレス製の薄い板からなるノズル基板３が配置されている。駆動用基板１の上面にはシリコン酸化膜２が形成されており、このシリコン酸化膜２上にはポリシリコン膜４が形成されている。このポリシリコン膜４上には有機フィルム(PPS Film）７が配置されており、この有機フィルム７の上面にはステンレス製の薄い板からなる基板９が配置されている。有機フィルム７及び基板９の内側且つポリシリコン膜４の上面にはドライバーＩＣチップ１１が配置されている。このＩＣチップ１１の下面とポリシリコン膜４の上面との間にはピエゾ素子などからなる圧電体膜（ＰＺＴ）６が配置されている。このように圧電体膜６上にＩＣチップ１１を実装することにより、圧電体膜６はＩＣチップ１１によって保護される。
【００２２】
なお、駆動用基板１、ノズル基板３、有機フィルム７及び基板９それぞれの厚さや細部の形状等は、機械的強度やインクジェットヘッドの印字機能等を発揮できるものであれば、種々の形状等を用いることが可能である。
【００２３】
駆動用基板１にはインク供給部１ａが設けられている。このインク供給部１ａの一端にはインク導入口９ａが配置されており、このインク導入口９ａは、基板９及び有機フィルム７に設けられている。インク導入口９ａはインクをインク供給部１ａ内に導入するものであるから、インク導入口９ａの大きさや形状等はインクの導入に適したものであれば種々の形状等を用いることが可能である。
【００２４】
インク供給部１ａの他端には圧力発生室１ｂが連通して形成されており、これらインク供給部１ａ及び圧力発生室１ｂは駆動用基板１に設けられている。インク供給部１ａは圧力発生室１ｂにインクを供給するものであるから、インク供給部１ａの大きさや形状等はインクの供給に適したものであれば種々の形状等を用いることが可能である。
【００２５】
圧力発生室１ｂの下部にはインク滴を吐出させるノズル開口部３ａ，３ｂが形成されており、このノズル開口部３ａ，３ｂはノズル基板３に設けられている。圧力発生室１ｂはその内部に供給されたインクに圧電体膜６によって圧力を発生させるものであるから、圧力発生室１ｂの大きさや形状等は圧力発生に適したものであれば種々の形状等を用いることが可能である。また、ノズル開口部３ａ，３ｂについても種々の形状等を用いることが可能である。
【００２６】
圧力発生室１ｂの上部には圧電体膜６が位置しており、この圧電体膜６はポリシリコン膜４上まで延出している。圧電体膜６の上下には図示せぬ電極層が形成されている。ドライバーＩＣチップ１１の下部には圧電体膜６上に位置する空間４ａが設けられており、この空間４ａはポリシリコン膜４に形成された開口部である。この空間４ａは、圧力発生室１ｂに圧力を発生させるための圧電体膜の動きを阻害しない程度のものである。
【００２７】
前記電極層にはボンディングワイヤ１３の一端が電気的に接続されており、このボンディングワイヤ１３の他端はドライバーＩＣチップ１１の上面のパッドに電気的に接続されている。
【００２８】
次に、図１に示すインクジェットヘッドの製造方法について説明する。
【００２９】
図２（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す駆動用基板及びポリシリコン膜を製造する方法を示す断面図である。
【００３０】
まず、図２（ａ）に示すように、シリコン基板１を準備し、このシリコン基板１上に熱酸化法又はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によりシリコン酸化膜２を形成する。次に、このシリコン酸化膜２上にＣＶＤ法によりポリシリコン膜４を堆積する。
【００３１】
この後、図２（ｂ）に示すように、ポリシリコン膜４上にレジスト膜（図示せず）を塗布し、このレジスト膜を露光、現像することにより、ポリシリコン膜４上にレジストパターンが形成される。次に、このレジストパターンをマスクとし、且つ、シリコン酸化膜２をストッパーとしてポリシリコン膜４を選択的にエッチングすることにより、ポリシリコン膜４に開口部４ａ，４ｂが形成される。この後、開口部４ａ内のシリコン酸化膜２上及びポリシリコン膜４の一部上に駆動用の圧電体膜（ＰＺＴ）６を形成する。この圧電体膜６の上下には図示せぬ電極層が形成されている。
【００３２】
次に、図２（ｃ）に示すように、シリコン基板１の裏面側を選択的にエッチングすることにより、シリコン基板１にはインク供給部１ａ及び圧力発生室１ｂが連通して形成される。この後、露出しているシリコン酸化膜２を選択的にエッチング除去する。具体的には、圧力発生室１ｂと圧電体膜６との間に存在するシリコン酸化膜２、及び、インク導入口（図１に示す参照符号９ａ）とインク供給部１ａとの間に存在するシリコン酸化膜２を選択的に除去する。このようにして駆動用基板１が形成される。
【００３３】
この後、図１に示すように、ノズル開口部３ａを有するノズル基板３、ドライバーＩＣチップ１１、有機フィルム７及び基板９を準備し、有機フィルム７上に基板９を貼り付ける。次に、駆動用基板１の裏面上にノズル基板３を貼り付け、ポリシリコン膜４上に有機フィルム７を貼り付け、有機フィルム７及び基板９の内側且つポリシリコン膜４の上面にドライバーＩＣチップ１１を実装する。このＩＣチップ１１はアクチュエーター駆動部（圧電体膜）の保護の役割も有する。この後、前記電極層上とＩＣチップ１１上面のパッドとをワイヤ１３によってボンディングする。これにより、ドライバーＩＣチップ１１とボンディングワイヤ１３が電気的に接続される。
【００３４】
次に、上記インクジェットヘッドを用いて実際に印字を行う際の動作について説明する。
【００３５】
インク導入口９ａからインク供給部１ａにインクを導入し、このインク供給部１ａから圧力発生室１ｂにインクを満たす。そして、ドライバーＩＣチップ１１からボンディングワイヤ１３を介して圧電体膜の上下の電極層間に電界をかけることで圧電体膜６を矢印１７の方向にたわませる。このたわんだ分の体積分が圧力発生室１ｂの容積を減少させ、それにより、その体積減少分の一部のインクがノズル開口部３ａ，３ｂから吐出される。このように吐出したインクを用いて印字を行う。
【００３６】
上記実施の形態によれば、駆動用基板１上にシリコン酸化膜２及びポリシリコン膜４を形成し、前述したようにエッチング加工すること等によりインクジェットヘッドを製造できる。このため、従来のインクジェットヘッドでは、駆動用基板及び対向基板それぞれを製作するために２枚のシリコン基板が必要であったのに対し、本実施の形態では１枚のシリコン基板によりインクジェットヘッドを製作できる。つまり、駆動用基板１と対向基板に相当する基板を１枚のシリコン基板によって製作できる。従って、製造工程を簡略化できると共に、部品コストを低減することができる。
【００３７】
また、従来のインクジェットヘッドでは対向基板に形成していた空間を、ポリシリコン膜４を選択的にエッチングすることにより形成している。つまり、ＩＣチップ１１の裏面側のポリシリコン膜４に空間（開口部）４ａを形成することにより、従来のインクジェットヘッドにおける対向基板を不要とした構造となる。本実施の形態では、このように対向基板を用いないため、ＩＣチップ１１の上面と電極層との高低差を従来のそれに比べて小さくできる。具体的には、その高低差を従来のそれに比べて半分程度とすることができる。従って、ＩＣチップ１１の上面のパッドと電極層とをワイヤ１３によってボンディングする際、ボンディングスピードを上げることができると共に、ボンディング不良の発生を抑制することができる。これにより、歩留まりを向上でき、製品の信頼性も向上させることができる。
【００３８】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、駆動用基板と対向基板に相当する基板を１枚のＳｉ基板によって製作できるインクジェットヘッド及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるインクジェットヘッドの概略構成を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す駆動用基板及びポリシリコン膜を製造する方法を示す断面図である。
【図３】従来のインクジェットヘッドの概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１  駆動用基板
１ａ  インク供給部
１ｂ  圧力発生室
２  シリコン酸化膜
３  ノズル基板
３ａ，３ｂ  ノズル開口部
４  ポリシリコン膜
４ａ  空間（開口部）
４ｂ  開口部
６  圧電体膜（ＰＺＴ）
７  有機フィルム(PPS Film）
９  基板
９ａ  インク導入口
１１  ドライバーＩＣチップ
１３  ボンディングワイヤ
１７  矢印
１０１  駆動用基板
１０１ａ  インク供給部
１０１ｂ  圧力発生室
１０３  ノズル基板
１０３ａ，１０３ｂ  ノズル開口部
１０５  対向基板
１０５ａ  インク流路
１０５ｂ  空間
１０６  圧電体膜（ＰＺＴ）
１０７  有機フィルム(PPS Film）
１０９  基板
１０９ａ  インク導入口
１１１  ドライバーＩＣチップ
１１３，１１４  ボンディングワイヤ
１１５  配線パターン
１１７  矢印
【図１】
0003671786.tif 000002
【図２】
0003671786.tif 000003
【図３】
0003671786.tif 000004