(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルと、該ノズルに連通するインク流路と、該インク流路の一部に設けられた振動板と、ギャップを挟んで該振動板に対向して設けられた個別電極とを有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ、前記ノズルからインク液滴を吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記個別電極の前記振動板に対向する面の一部と前記振動板または該振動板が形成された基板の一部との間にギャップ形成のための絶縁膜を有し、前記個別電極の表面のうち前記振動板と対向する面とは反対側の表面に外部への電位取り出し用のパッドメタルを有し、隣接する個別電極が分離溝により分離されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項１において、隣接する個別電極を分離する前記分離溝の表面が絶縁体で覆われていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】
請求項１において、隣接する個別電極間の前記分離溝に絶縁体が充填されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかのインクジェットヘッドにおいて、前記振動板および個別電極が単結晶シリコンで形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項５】
請求項４のインクジェットヘッドにおいて、前記個別電極を構成する単結晶シリコンの隣接するビット間で対向する面が（１１１）面であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項６】
請求項５のインクジェットヘッドにおいて、前記個別電極を構成する単結晶シリコンの振動板と対向する面が（１１０）面であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッド、より詳細には、インクジェット記録装置のプリントヘッドに関し、例えば、プリンタ、ファクシミリ、複写機等の記録に使用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、特開平７−１２５１９６号公報に開示されたインクジェットヘッドの一例を説明するための断面図で、図５（Ａ）は要部断面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図で、図中、１は第１の基板、２は第２の基板、３は第３の基板で、これらの基板を図示のごとく接合することによって、ノズル孔４、インク室６、オリフィス７、インクキャビティ８等が形成される。第１の基板１には、振動板５が一体的に形成され、第２の基板２には、該振動板５に対して、ギャップＧを介して個別電極９が形成されている。個別電極９と振動板５の共通電極との間には、駆動回路１１が接続され、該駆動回路１１より、個別電極９と共通電極（振動板５）との間に電圧を印加すると、これら個別電極９と振動板５との間にギャップＧを介して静電引力が働き、印加電圧を解除した時に、振動板５が跳ね返り、インク室６内のインクを加圧し、ノズル孔４よりインク滴を噴射し、記録紙１２上に印写するものである。而して、このインクジェットヘッドにおいては、個別電極と振動板電極とは、それぞれの同一の平面Ｉ，II上に引き出され、そこで電圧が印加されるようになっている。
【０００３】
図６は、特開平５−１６９６６０号公報に開示されたインクジェットヘッドの一例を説明するための要部断面図で、このインクジェットヘッドは、支持体２１と、該支持体２１に沿って配置され、記録信号に応じて吐出口２２からインクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生手段が設けられたエネルギー基板２３と、前記支持体２１に沿って配置され、接続端子２４を介して記録装置本体からの前記記録信号を前記エネルギー基板２３に伝達するための配線基板２５とを有し、前記支持体２１の前記エネルギー基板２３が配置されている側とは反対側に前記接続端子２４が配置されている。
【０００４】
図７は、本出願人が先に提案したインクジェットヘッド（特願平９−１４８０６２号）の一例を説明するための要部断面図で、このインクジェットヘッドは、ガラス基板３１へ導体埋め込み用スルーホール３２が形成され、ここに導体を埋め込み、振動板３３の対向電極３４をスルーホール３２内に埋め込まれた導体（図示せず）を通してガラス基板３１の裏面に引出し、バンプ状導体３５を介して実装し、電圧をかけられるようにしている。なお、３７はインク導入口、３８はインク室、３９はノズルで、図５に示したインクジェットヘッドと同様、対向電極（個別電極）３４と振動板３３との間に電圧を印加して、振動板３３を撓ませ、その反動力でインク室３８内のインクをノズル３９より吐出させるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平７−１２５１９６号公報のインクジェットヘッド構造では、個別電極側の実装表面高さＩと振動板側の実装表面高さIIが異なるため、それぞれに実装工程を行なう必要がある。また、それぞれ個別電極、振動板から実装する領域まで電極を引出して実装する必要があるとともに、個別電極を実装する領域は振動板側の電極へ実装する領域よりも外側に張り出す必要があり、必然的に基板のサイズが大きくなる。
【０００６】
特開平５−１６９６６０号公報のインクジェットヘッド構造では、インクにエネルギーを伝達するためにエネルギー基板部と駆動回路部分をフレキシブル基板やワイヤーボンディング、半田等を用いて接続するが、その際、
１）エネルギーを伝達するための配線基板であるフレキシブル基板の曲がる範囲が限定され、支持体の厚みが必要とされる。
２）支持体裏側まで電極を引出すために、ワイヤーボンディング、配線基板、半田接続を用いる工程を踏んでおり、実装にかかる時間を要し、また、コスト高になる。
【０００７】
特願平９−１４８０６２号のインクジェットヘッド構造では、ガラス基板を用いているため、精度良くスルーホールを開けることが難しい。また、ギャップ深さの制御も困難である。
【０００８】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、基板サイズの小サイズ化、実装工程の簡略化及び低価格化、振動板と対向電極の高密度化、工程の簡略化等を図ることを目的としてなされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ノズルと、該ノズルに連通するインク流路と、該インク流路の一部に設けられた振動板と、ギャップを挟んで該振動板に対向して設けられた個別電極とを有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ、前記ノズルからインク液滴を吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記個別電極の前記振動板に対向する面の一部と該振動板または該振動板が形成された基板の一部との間にギャップ形成のための絶縁膜が形成されていて、前記個別電極の表面のうち前記振動板に対向する面とは反対側の表面に外部への電位取り出し用のパッドメタルが設けられていて、隣接する個別電極が分離溝により分離されていることを特徴としたものである。
請求項２の発明は、請求項１のインクジェットヘッドにおいて、隣接する個別電極を分離する前記分離溝の表面が絶縁体で覆われていることを特徴としたものである。
請求項３の発明は、請求項１のインクジェットヘッドにおいて、隣接する個別電極間の前記分離溝に絶縁体が充填されていることを特徴としたものである。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかのインクジェットヘッドにおいて、前記振動板および個別電極が単結晶シリコンで形成されていることを特徴としたものである。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項４のインクジェットヘッドにおいて、前記個別電極を構成する単結晶シリコンの隣接するビット間で対向する面が（１１１）面であることを特徴としたものである。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項５のインクジェットヘッドにおいて、前記個別電極を構成する単結晶シリコンの振動板と対向する面が（１１０）面であることを特徴としたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるインクジェットヘッドの一実施例を説明するための要部構成図で、図１（Ａ）はノズル側から見たときの平面図、図１（Ｂ），図１（Ｃ）はそれぞれ図１（Ａ）のＢ−Ｂ断面図，Ｃ−Ｃ断面図である。液室・振動板基板１１０は、例えば、（１００）面または（１１０）面を基板表面に有するＳｉウエハからなり、そのＳｉウエハを加圧液室１３０の形状に合わせて溝加工し、板厚５μｍの振動板１２０を構成している。振動板１２０に対向する対向電極２２０は、振動板１２０に対向する面が（１１０）面または（１００）面となるような、厚さ５０μｍの単結晶シリコンからなり、振動板１２０と対向電極２２０間には絶縁体２６０により微小間隔１５０を確保してある。異なるビットの対向電極間は二酸化珪素からなる絶縁体２８０で分離されている。対向電極２２０表面のうち、振動板１２０に対向する面の反対側の表面には電位取り出し用のパッドメタル（電極パッド）２５０が設けられ、その上にはパッシベーション膜２７０が形成され、パッシベーション膜２７０の一部にパッド取り出し孔が開口されている。これらの構成の液室・振動板基板１１０と対向電極２２０とは熱酸化膜からなる絶縁膜２６０を介して直接接合法などにより張り合わされていて、さらにはインク供給口３２０とインク吐出口であるノズル孔３３０を形成したノズル基板３１０を液室・振動板基板１１０上に張り合わせてあるようなインクジェットヘッド構成である。
【００１４】
このようなインクジェットヘッドにおいて、振動板１２０と対向電極２２０の間に電圧を印加したとき、振動板と電極間に静電引力が働く。この引力による振動板１２０および対向電極２２０の変位量は厚みの３乗に反比例するため、振動板１２０の変位が総変位の大部分をしめる。このとき液室１３０は陰圧となり、インク供給のための流路３２０を経て共通液室１４０から個別液室１３０へとインクが供給される。電圧を切ると振動板はＳｉの剛性によりもとの位置へと戻り、このとき個別液室１３０は加圧され、ノズル孔３３０を経て記録紙上へとインクが吐出される。ここで、対向電極の基板の方が振動板よりも薄いと、静電引力が働いたときに振動板の変位量よりも電極基板の変位量の方が大きくなってしまい、効率よくインクを吐出することができない。そのため、本発明では、対向電極２２０の厚みは振動板よりも厚くした（本実施例では５０μｍとした）。
【００１５】
図２は、本発明の別の実施例を示す主要部断面図で、図２（Ａ）はノズル側から見たときの平面図、図２（Ｂ），図２（Ｃ）はそれぞれ図２（Ａ）のＢ−Ｂ断面図，Ｃ−Ｃ断面図である。液室・振動板基板１１０は、例えば、（１００）面または（１１０）面を基板表面に有するＳｉウエハからなり、そのＳｉウエハを加圧液室１３０の形状に合わせて溝加工し、板厚５μｍの振動板１２０を構成している。振動板１２０に対向する対向電極２２０は、厚さ５０μｍのニッケル板からなり、振動板１２０と対向電極２２０は、ギャップ部１５０がパターン開口された感光性ポリイミド樹脂の絶縁膜２６０により微小間隔を確保して配置されている。異なるビットの対向電極間は、パッシベーション膜２７０を兼ねる感光性ポリイミド樹脂および空気により分離されている。対向電極２２０表面のうち、振動板１２０に対向する面の反対側の表面にＡｌを材料とする電位取り出し用のパッドメタル２５０が設けられ、その上に感光性ポリイミド樹脂からなるパッシベーション膜２７０が形成され、パッシベーション膜２７０の一部にパッド取り出し孔が開口されている。これらの構成の液室・振動板基板１１０と対向電極２２０とは感光性ポリイミド樹脂からなる絶縁膜２６０を介して熱圧着により張り合わされており、さらにはインク供給口３２０とインク吐出口であるノズル孔３３０を形成したノズル基板３１０を液室・振動板基板１１０上に張り合わせてあるようなインクジェットヘッド構成であり、第１の実施例と同様な動作をする。
【００１６】
図３は、本発明のインクジェットヘッドのパッド取り出し部分のレイアウトについての概略を示す図（基板のパッド取り出し側から見た図）で、図３（Ａ）に示すように、対向電極２２０上にパッドメタル２５０を形成し、パッドメタル上のパッド取り出し穴を対向電極上に開口させることもできるし、図３（Ｂ）に示すように、対向電極上に層間絶縁膜を形成、コンタクトホールを開口し、該コンタクトホールからパッド部２５０まで引き延ばすようにメタル２５１を形成し、対向電極の配置とは異なった配置のパッド領域を形成することも可能である。
【００１７】
図４は、図１に示した構成のインクジェットヘッドを形成する製造工程の一例を説明するための要部断面概略図で、製造工程を工程順に従って（Ａ）〜（Ｇ）に示すものである。
【００１８】
工程（Ａ）：対向電極を形成するための基板２２０として、表面が（１１０）面であるような単結晶シリコンウェハを用い、その表面に厚さ約５０００Åの熱酸化膜２６０を成長させる。続いてフォトリソ・エッチング技術を用いて熱酸化膜２６０をパターン開口する。次に、対向電極形成基板２２０と液室・振動板基板１１０として用いる、表面が（１１０）面であるような単結晶シリコンウェハを直接接合法により張り合わせる。このとき対向電極形成基板２２０については、絶縁膜２６０をパターン開口した面が液室・振動板基板１１０との張り合わせ面となるようにする。絶縁膜２６０のパターン開口部分が振動板１２０と対向電極２２０とのギャップ１５０となる。図４（Ａ）には液室・振動板基板１１０および対向電極形成基板２２０として（１１０）面が表面となるようなシリコンウェハを用いたが、（１００）面が表面となるようなシリコンウェハを用いてもかまわない。また、液室・振動板基板１１０は他の材質のものであってもかまわない。本実施例においは、ギャップ形成のための絶縁膜２６０は電極形成基板２２０側に形成したが、液室・振動板基板１１０側に形成してもかまわないし、両方に形成してもかまわない。また、液室・振動板基板１１０や対向電極基板２２０のギャップ１５０に面した表面に、酸化膜等の絶縁膜を設けることも可能である。この場合、それらの厚みを考慮して先に形成するギャップ深さを調節しておくことはもちろんである。
【００１９】
工程（Ｂ）：工程（Ａ）で対向電極形成基板２２０と液室・振動板基板１１０を張り合わせたウェハの、対向電極形成基板２２０を研磨により、５０μｍ程度まで薄くする。続いて、エッチングマスクとして用いるシリコン窒化膜／バッファ酸化膜２２１，２２２を成長後、フォトリソ・エッチング技術により先に形成されたギャップ１５０に調合させてパターニングする。本発明においては、対向電極を精度良くパターニングするため、対向電極形成基板２２０を研磨により薄くしたが、パターン寸法によっては、この工程を省き最初のシリコンウェハの厚みのままでもかまわない。また、本実施例においては、エッチングマスクとしてはシリコン窒化膜を用いたが、これに限ったものではない。
【００２０】
工程（Ｃ）：工程（Ｂ）で形成したエッチングマスクを用いてエッチングを行い、対向電極２２０を各ビット個別になるようにパターニングする。本実施例では、これらの対向電極２２０を精度良く形成するために、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）にてシリコンの異方性エッチングを行うことにより形成した。ＴＭＡＨ以外にもＫＯＨ水溶液を用いても同様に異方性エッチングを行うことができる。本実施例においては、ＷＥＴでの異方性エッチング法を用いたが、ＤＲＹエッチでパターニングしてもよい。ただし、この場合には、エッチングマスクはそれに適した材料、例えば、窒化膜よりは酸化膜の方が望ましい。また、レジストマスクを用いることも可能である。もちろん他の材料を用いることも可能である。また、パターン寸法によっては等方性エッチを用いてもかまわない。
【００２１】
工程（Ｄ）：工程（Ｃ）で形成した隣接する個別対向電極２２０間の分離溝を絶縁体２８０で埋める。本実施例においては、Spin on Glass（SOG）をスピンコート・ベークし絶縁体２８０を形成した。本実施例の方法以外でも、０３−ＴＥＯＳ系の常圧ＣＶＤによっても埋め込み特性の良好な酸化膜を分離溝に埋め込むことが可能である。また、単層の膜だけではなくプラズマＣＶＤや熱酸化により形成した緻密な酸化膜上にＳＯＧ膜を形成することも可能である。また、無機材料に限らず、ポリイミドのような樹脂材料をスピンコート・ベークして埋め込むことも可能である。
【００２２】
工程（Ｅ）：工程（Ｄ）で分離溝を埋め込むように形成した絶縁体２８０およびエッチングマスク２２１を対向電極２２０表面が露出するまでエッチバックした後、スパッタ法によりＡｌを成膜し、フォトリソ・エッチング技術により対向電極２２０に整合してパターニングしてメタル２５０を形成する。さらに、パッシベーション膜２７０を成膜し、パッド部分を開口する。続いて、工程（Ｂ）で液室・振動板基板１１０上に成膜されたシリコン窒化膜／バッファ酸化膜２２２をフォトリソ・エッチングによりパターニングして、液室形成のためのエッチングマスクを形成する。本実施例ではメタル２５０にはＡｌを用いたが、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉのような材料を用いることも可能である。また、パッシベーション膜２７０としては、プラズマＣＶＤで形成したＳｉＮ／ＳｉＯ2が一般的であるが、これに限ったものではない。
【００２３】
工程（Ｆ）：工程（Ｅ）で形成したエッチングマスクを用い、液室１３０および共通液室１４０を形成する。本実施例では、これらの液室を精度良く形成するために、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）にてシリコンの異方性エッチングを行うことにより形成した。ＴＭＡＨ以外にもＫＯＨ水溶液を用いても同様に異方性エッチングを行うことができる。
【００２４】
工程（Ｇ）：エッチングマスク２２２を除去した後、ノズル孔３３０，インク供給口３２０を形成したノズル基板３１０を液室・振動板基板１１０に位置整合させ、エポキシ系接着剤を用いて接着し、インクジェットヘッドは完成する。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１乃至３のインクジェットヘッドにおいては、個別電極の電位を液室・振動板基板と反対側の表面から取り出し、電圧印加に必要な実装が可能となるため、インクジェットヘッドに必要なチップの表面積が小さくなり、低価格化が可能となる。また、実装表面上部に積層するものがないので、実装が容易にできる。
【００２６】
請求項４のインクジェットヘッドにおいては、振動板および個別電極を単結晶シリコンで形成することにより、振動板および個別電極をギャップ形成のための絶縁膜を介した直接接合で接合できるため、高精度で高信頼性のギャップ形成が可能となる。
【００２７】
請求項５のインクジェットヘッドにおいては、個別電極の加工にシリコンの結晶面のエッチレートの違いを利用した異方性エッチング技術を用いることができ、高精度の個別電極形成が可能となる。
【００２８】
請求項６のインクジェットヘッドにおいては、異方性エッチにより個別電極を加工したときに、個別電極間の分離溝の隣接する個別電極間の面が分離溝の深さ方向に垂直な面となるため、高密度の個別電極形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるインクジェットヘッドの一実施例を説明するための要部構成図である。
【図２】  本発明の別の実施例を示す主要部断面図である。
【図３】  本発明のインクジェットヘッドのパッド取り出し部分のレイアウトについて概略を示す図（基板のパッド取り出し側から見た図）である。
【図４】  図１に示した構成のインクジェットヘッドを形成する製造工程の一例を説明するための要部断面概略図である。
【図５】  特開平７−１２５１９６号公報に開示されたインクジェットヘッドの一例を説明するための断面図である。
【図６】  特開平５−１６９６６０号公報に開示されたインクジェットヘッドの一例を説明するための要部断面図である。
【図７】  本出願人の先に提案したインクジェットヘッドの一例を説明するための要部断面図である。
【符号の説明】
１１０…液室・振動板基板、１２０…振動板、１３０…個別液室、１４０…共通液室、１５０…ギャップ、２２０…対向電極、２５０…パッドメタル、２６０…絶縁膜、２７０…パッシベーション膜、２８０…絶縁膜、３１０…ノズル基板、３２０…インク供給口、３３０…ノズル孔。
【図１】
0003652150.tif 000002
【図２】
0003652150.tif 000003
【図３】
0003652150.tif 000004
【図４】
0003652150.tif 000005
【図５】
0003652150.tif 000006
【図６】
0003652150.tif 000007
【図７】
0003652150.tif 000008