(57)【要約】【課題】  記録素子基板のバンプに突起が形成されており、該バンプ上に配線を接続した液体吐出ヘッドであっても、液体吐出ヘッドの信頼性を高いものとすること。【解決手段】  記録素子基板と、前記記録素子基板のバンプと配線によって電気的に接続された電気配線基板と、を有する液体吐出ヘッドであって、前記バンプは、第一面と、前記第一面よりも前記基板の表面からの高さが高い第二面と、を有し、前記第一面には突起が形成されており、前記第二面において前記バンプと前記配線とが接続されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。【選択図】  図１
2014030980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、液体を吐出するエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子と電気的に接続された電極パッドと、前記電極パッド上に形成されたバンプとを有する記録素子基板と、前記記録素子基板のバンプと配線によって電気的に接続された電気配線基板と、を有する液体吐出ヘッドであって、
前記バンプは、第一面と、前記第一面よりも前記基板の表面からの高さが高い第二面と、を有し、
前記第一面には突起が形成されており、前記第二面において前記バンプと前記配線とが接続されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記電極パッドの表面の前記第一面の突起に対応した位置に突起が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】
前記バンプはめっきにより形成されている請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記めっきは、金めっきである請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記電極パッドの表面に形成された突起は、電極パッドに針状の構造物を突き刺すことで形成されたものである請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記針状の構造物は、プローブピンである請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記電極パッドの表面に形成された突起は、エネルギー発生素子の電気的接続を確認するために電極パッドに針状の構造物を突き刺すことで形成されたものである請求項５または６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
基板と、液体を吐出するエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子と電気的に接続された電極パッドと、前記電極パッド上に形成されたバンプとを有する記録素子基板と、前記記録素子基板のバンプと配線によって電気的に接続された電気配線基板と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
表面に突起が形成された電極パッドと、エネルギー発生素子とを有する基板を用意する工程と、
前記電極パッドの表面に突起が形成されていない部分の一部を露出するように、前記電極パッド上にレジストを形成する工程と、
前記露出した電極パッドの表面からめっきを行い、バンプの一部を形成する工程と、
前記電極パッドの表面に突起が形成された部分を露出するように、前記レジストの一部を除去する工程と、
前記バンプの一部と、前記レジストの一部を除去して露出した電極パッドの表面からめっきを行い、前記バンプの一部からめっきを行った部分を第二面を有する配線接続領域とし、前記レジストの一部を除去して露出した電極パッドの表面からめっきを行った部分を第一面を有する突起形成領域とする工程と、
前記第二面において前記バンプと前記配線とを接続する工程と、を有し
前記第二面は前記第一面よりも前記基板の表面からの高さが高いことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記配線接続領域と前記突起形成領域とを有するバンプをアニール処理する請求項８に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記アニール処理により、前記配線接続領域のバンプの硬度を７０Ｈｖ以下とする請求項９に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記アニール処理により、前記配線接続領域のバンプと前記突起形成領域のバンプとの硬度の差を１０Ｈｖ以下とする請求項９または１０に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記アニール処理により、前記配線接続領域のバンプと前記突起形成領域のバンプとの硬度をともに７０Ｈｖ以下とする請求項９〜１１のいずれか１項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、液体吐出ヘッド及びそ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に用いられる液体吐出ヘッドは、記録素子基板と、電気配線基板とを有する。図２（ａ）に、液体吐出ヘッドの記録素子基板を示す。記録素子基板は、基板１と、液体を吐出するエネルギーを発生するエネルギー発生素子１５とを有する。基板１にはエネルギー発生素子１５に液体を供給する供給口１１が形成されている。また、基板１上には、供給された液体を吐出する吐出口１３を形成する吐出口形成部材１２が設けられている。
【０００３】
エネルギー発生素子１５への電気の供給は、特許文献１に記載されているように、記録素子基板が有する電極パッド（不図示）と電極パッド上に形成されたバンプ７とを用い、外部の電気配線基板から電気を供給することで行うことが知られている。電極パッドとエネルギー発生素子とは電気的に接続されている。電気配線基板からの電気の供給は、バンプ７と電気配線基板とを配線によって接続することで行う。
【０００４】
バンプ７は、例えば金めっき等によるめっきによって形成する。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂにおける断面図であり、めっきで形成したバンプを拡大した図である。バンプ７は、アルミニウム等で形成された電極パッド３上に形成されている。基板１と電極パッド３との間には、ＳｉＯ２等で形成された絶縁層２があり、電極パッド３は、Ｐ−ＳｉＮ等で形成された保護層４に挟まれている。電極パッド３とバンプ７との間には、電極パッドとバンプの密着性向上や、相互の金属拡散による接続信頼性低下の抑制のために、拡散防止層５が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３０７８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図２（ｂ）に示すように、バンプ７には突起８が形成されていることがある。特に、めっきによってバンプを形成した場合には、バンプに突起が形成されやすい。アルミニウム等で電極パッドを形成した場合を例にとって説明する。電極パッドは、エネルギー発生素子と電気的に接続している必要がある。このため、電極パッドに電気検査を行うことで、エネルギー発生素子の電気的接続の状態を確認することができる。電気検査とは、プローブピンのような針状の構造物が並んだブロープカードを、電極パッドの表面に自然に形成された自然酸化膜を破るようにして電極パッドに突き刺し、電気を流して電気抵抗等を測定するというものである。この際、プローブピンは電極パッドの表面を滑りながら突き刺さるため、電極パッドの表面には、電極パッドが削られた部分（凹み）と、削られた分だけ電極パッドが盛り上がる突起（電気検査痕）ができる。このように突起を有した電極パッドに対し、その上からめっきを行ってバンプを形成すると、電極パッド表面の突起に倣ってバンプの表面にも突起が形成される。また、バンプの表面には凹みも形成される。但し、バンプ表面の凹みは、電極パッドの厚み以上の深さとなることはない。このため、電極パッドの厚みにもよるが、バンプ表面の凹みは０．５μｍ以下程度の深さである。これに対し、バンプ表面の突起は、プローブピンの滑り量にもよるが５．０μｍ以上と高くなる傾向がある。
【０００７】
バンプには、図２（ｃ）に示すように、インナーリード等の配線９が接続される。接続部分の周囲は、封止材１０で封止されている。例えば、配線をバンプ列に一括して接続するギャングボンディング等の方法をとると、１つのバンプに２Ｎ程度の圧力がかかる。この際、バンプ７に突起が形成されていると、配線が突起を押しこむ形になって圧力が基板１に集中し、基板１にクラック１６が入る可能性がある。基板１のクラック１６は電気検査で判断することが困難であり、ヘッド完成後、蓄熱による熱膨張差でクラック１６からバンプや配線が外れてしまうことがある。
【０００８】
この対策として、図３（ｂ）に示すように、電極パッド及びバンプの面積を大きくし、電気検査を行う領域と、配線を接続する領域とを同一面上で分けることで、突起８を避けて配線９を配置することも考えられる。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ−Ｃでの断面図である。
【０００９】
しかし、この方法によれば、バンプの突起８と配線９との位置合わせに非常に高度な技術を要する。少しでも位置ずれが発生し、配線９が突起８上に配置されてしまうと、基板にクラックが入る可能性がある。また、電気検査を行う領域と配線を接続する領域とを確実に分けようとして、電極パッド及びバンプの面積をさらに大きくすると、その分だけ１つの記録素子基板が大きくなり、１枚のウェハから得られる記録素子基板の数が減る方向となってしまう。
【００１０】
以上の通り、バンプに突起が形成されていると、バンプに配線を配置することで基板にクラックが発生することがあった。バンプの突起は、電極パッドに電気検査を行わなくとも、製造過程等において形成されてしまう場合がある。また、めっきで形成しないバンプに突起が形成されている場合もあり、これらの場合においても同じ課題が発生する。
【００１１】
従って、本発明は、記録素子基板のバンプに突起が形成されており、該バンプ上に配線を接続した液体吐出ヘッドであっても、液体吐出ヘッドの信頼性を高いものとすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題は、以下の本発明によって解決される。即ち本発明は、基板と、液体を吐出するエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子と電気的に接続された電極パッドと、前記電極パッド上に形成されたバンプとを有する記録素子基板と、前記記録素子基板のバンプと配線によって電気的に接続された電気配線基板と、を有する液体吐出ヘッドであって、前記バンプは、第一面と、前記第一面よりも前記基板の表面からの高さが高い第二面と、を有し、前記第一面には突起が形成されており、前記第二面において前記バンプと前記配線とが接続されていることを特徴とする液体吐出ヘッドである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、記録素子基板のバンプに突起が形成されており、該バンプ上に配線を接続した液体吐出ヘッドであっても、液体吐出ヘッドの信頼性を高いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の液体吐出ヘッドの一例を示す図。
【図２】従来の液体吐出ヘッドの一例を示す図。
【図３】従来の液体吐出ヘッドの一例を示す図。
【図４】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１（ａ）は、本発明の液体吐出ヘッドを構成する記録素子基板の一例である。記録素子基板は、基板１と、液体を吐出するエネルギーを発生するエネルギー発生素子１５とを有する。基板１は、シリコン等で形成されている。基板１にはエネルギー発生素子１５に液体を供給する供給口１１が形成されている。供給口は、基板にレーザーを照射したり、ＴＭＡＨ等によって異方性エッチングをしたり、ドライエッチングを行ったりすることで形成する。基板上には、供給口から供給された液体を吐出する吐出口１３を形成する吐出口形成部材１２が設けられている。吐出口形成部材は、例えば樹脂（特には感光性樹脂）や無機膜等で形成する。
【００１６】
エネルギー発生素子１５は、ＴａＳｉＮ等で形成された熱エネルギーを発生する素子であってもよいし、圧電素子であってもよい。また、エネルギー発生素子は、基板上に直接形成されていても、基板に対して中空状に形成されていてもよい。エネルギー発生素子への電気の供給は、記録素子基板が有する電極パッド（不図示）と電極パッド上に形成されたバンプ７とを用い、外部の電気配線基板から電気を供給することで行われる。電気配線基板からの電気の供給は、バンプ７と電気配線基板とを配線によって接続することで行う。
【００１７】
図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａにおける断面図であり、バンプ７周辺を拡大した図である。バンプ周辺では、基板１上にＳｉＯ２等で形成された絶縁層２があり、その上にアルミニウム等で形成された電極パッド３がある。電極パッド３は、Ｐ−ＳｉＮ等で形成された保護層４に挟まれている。電極パッド３上には、拡散防止層５が形成されており、その上にめっきで形成されたバンプ７が形成されている。バンプ７は、第一面１８と第二面１９とを有する。第一面及び第二面は、基板の表面に実質的に平行である。第二面は、第一面よりも基板の表面からの高さが高い。第一面には突起８が形成されている。第二面ではバンプとインナーリード等の配線とが接続されており、記録素子基板と電気配線基板とが配線を介して電気的に接続する。図１（ｃ）に、バンプの第二面においてバンプと配線９とが接続されている様子を示す。接続部分の周囲は、封止材１０で封止されていることが好ましい。また、図１（ｃ）においては、電極パッドの表面の、バンプの第一面の突起に対応した位置に、突起が形成されている。
【００１８】
本発明の液体吐出ヘッドは、このような構成なので、突起８と配線９との接触を容易に避けることができる。突起８の上面の位置を配線９よりも下側にすることで、バンプと配線を接触させても突起と配線とは接触しない。即ち、第二面と第一面との高さの差は、突起の高さよりも大きい。この場合、配線による圧力が突起を通して基板に伝わることはない。或いは、突起８の上面が配線９と僅かに接触する程度であっても、配線による圧力は突起を通しては基板に僅かしか伝わらない。
【００１９】
従って、本発明の構成によれば、上述したような基板へのクラック発生を抑制することができる。また、バンプの低い位置である第一面に突起が形成されているので、突起を避けて配線を配置することが非常に容易である。さらに言えば、バンプに形成された突起の上面の位置よりも高い位置或いは同じ高さの位置に、バンプと配線とが接続された面があればよい。また、本発明の構成によれば、突起を低い位置に形成することから、突起を配線の下に配置するようなレイアウトが可能となり、電極パッドやバンプの面積を大きくしなくてもよい。よって、１枚のウェハから得られる記録素子基板の数をこれらの理由で減らさなくて済む。
【００２０】
次に、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法を、図４を用いて説明する。
【００２１】
まず、シリコン等で形成された基板１を用意する。基板１は、ＳｉＯ２等で形成された絶縁層２を表面に有する。絶縁層２上には、アルミニウム等で形成された電極パッド３と、電極パッド３を囲むＰ−ＳｉＮ等で形成された保護層４とがある。これらは、例えば真空成膜法で形成する。スルーホール１４は、フォトリソグラフィー技術等により保護層４のパターニングを行って形成する。次に、スルーホールに露出した電極パッド３に対し、プローブピン２０が並んだブロープカードを、電極パッドの表面に自然に形成された自然酸化膜を破るようにして電極パッドに突き刺し、電気を流して電気抵抗等を測定し、エネルギー発生素子の電気的接続を確認する。プローブピン２０は、針状の構造物である。これにより、図４（ａ）に示すように、電極パッド３の表面には、電極パッドが削られた部分（凹部）と、削られた分だけ電極パッドが盛り上がる突起（電気検査痕）ができる。尚、電極パッド上にバンプを形成してからバンプに電気検査を行うことも可能であるが、バンプを形成してしまう前に電気検査を行った方が製造効率を高めることができるため好ましい。突起はバンプの中心よりも外側（電気配線基板と記録素子基板との配線が延びる側、図４では右側）に形成する方が好ましい。中心よりも外側に形成することで、配線と突起との接触をより抑制することができる。
【００２２】
次に、図４（ｂ）に示すように、電極パッド３の表面に、真空成膜装置等を用いて拡散防止層５を形成する。拡散防止層５としては、例えば高融点金属材料であるチタンタングステン等を用いる。拡散防止層は、電極パッドの表面形状に倣って形成され、拡散防止層にも凹部や突起が形成される。
【００２３】
次に、図４（ｃ）に示すように、電解めっきプロセスで電流を受けるカソード電極の役割と、めっき成長の核としての役割とを有するシード層６を成膜する。シード層としては、例えば金を０．０３〜０．０７μｍの膜厚で全面成膜して形成する。シード層も、電極パッドの表面形状に倣って形成される。即ち、シード層にも凹部や突起が形成される。
【００２４】
次に、図４（ｄ）に示すように、レジスト１７をスピンコート法などで基板全面に塗布する。レジストは、バンプの配線が接続される面（第二面）の高さよりも高くなるように形成する。レジストとしては、例えば感光性樹脂を用いることができる。
【００２５】
次に、図４（ｅ）に示すように、レジスト１７にフォトリソグラフィー法によって第一の露光、現像を行い、めっき成長によってバンプ７が形成される部位のシード層６を露出させる。
【００２６】
次に、図４（ｆ）に示すように、電解めっき法により、亜硫酸金塩のめっき液中でシード層６に所定の電流を流し、レジスト１７で覆われていない領域に金等のめっきを析出させ、バンプの一部を形成する。例えばこの部分のバンプの厚みを４μｍとする場合、めっき時間は１０．５分とする。ここで形成したバンプは、配線接続領域の一部となる。
【００２７】
次に、図４（ｇ）に示すように、レジスト１７にフォトリソグラフィー法によって第二の露光、現像を行い、突起が形成された突起形成領域上のシード層６を露出させる。
【００２８】
次に、図４（ｈ）に示すように、電解めっき法によりめっきを成長させる。めっきは、突起が形成されたシード層６がめっきによって覆われる程度に行えばよい。このめっきを行うと、先に成長させためっき部分も同様に成長する。突起が形成された領域にもめっきを成長させる理由は、次の通りである。即ち、次工程でシード層６を除去する際に、アルミニウム等で形成した電極パッドが露出すると、めっき（金）とアルミニウムの異種金属間で発生する電池反応で、電極パッドが腐食し、電極パッド上のバンプ７自体が剥がれてしまう。このため、めっきを保護膜として機能させることで、バンプ７の剥がれを抑制することができる。この工程により、バンプの配線接続領域と突起形成領域とが完成する。配線接続領域とは、先のめっきで形成した領域を含み、バンプの第二面を有する領域である。突起形成領域とは、２回目のめっきで形成した電極パッドの突起上の領域で、バンプの第一面を有する領域である。このように、バンプの第一面の突起は、電極パッドの表面の突起に対応した位置に形成される。逆に言えば、電極パッドの表面の、バンプの第一面の突起に対応した位置に、突起が形成された状態となる。
【００２９】
次に、図４（ｉ）に示すように、レジスト１７を溶剤等で除去する。続いて、図４（ｊ）に示すように、形成したバンプ７をマスクとしてシード層６を除去する。シード層を除去する液としては、例えば窒素系有機化合物とヨウ素ヨウ化カリウムを含む液を用いる。シード層６を除去することで、拡散防止層５が露出する。シード層が０．０３〜０．０７μｍの膜厚である場合、エッチング液に浸漬させてシード層を除去しても、突起形成領域のバンプ（めっき）は０．９５μｍ程度の厚みで残る。従って、アルミニウムの腐食は抑制される。
【００３０】
次に、図４（ｋ）に示すように、記録素子基板をＨ２Ｏ２等のエッチング液に浸漬させ、バンプ７をマスクとして用いて不要となった拡散防止層５を除去する。これにより、全面に形成された拡散防止層によって同電位になっていた記録素子基板が有する各電極パッド及びバンプを分離する。
【００３１】
続いて、バンプ７に加熱処理であるアニール処理を行う。アニール処理を行うことで、配線を接続するバンプの硬度を７０Ｈｖ以下とすることが好ましい。硬度が７０Ｈｖ以下であると、配線を良好に接続することができる。即ち、バンプの第二面となる配線接続領域のバンプの硬度を７０Ｈｖ以下とすることが好ましい。
【００３２】
また、２回目のめっきによってバンプを形成した場合、配線接続領域のバンプと突起形成領域のバンプとは硬度が異なってしまい、バンプの信頼性が低下することがある。例えば、金めっき形成時に基板とめっき液に与える電流密度を約０．６Ａ／ｄｍ２に設定にすると、形成されたバンプの硬度は１２０Ｈｖ程度となる。一方、電流密度を約１．２Ａ／ｄｍ２に設定すると、形成されたバンプの硬度は１４５Ｈｖ程度となる。このように硬度が異なった２種類の部位によってバンプが形成されていると、バンプの信頼性が低下する。そこで、アニール処理を行うのが好ましい。但し、この例において１００℃１時間のアニール処理を行った場合、電流密度を約１．２Ａ／ｄｍ２に設定して形成したバンプの硬度は５０Ｈｖ程度まで急激に低下する。一方で、電流密度を約０．６Ａ／ｄｍ２に設定して形成したバンプの硬度は１２０Ｈｖ程度からほとんど変化しない。このように、単にアニール処理を行うだけでは、硬度の差が大きいままとなってしまう場合がある。この例においては、さらに１５０℃１時間のアニール処理を行うと、それぞれ５０Ｈｖ程度の硬度で安定する。即ち、本発明においては、１つのバンプのうち、配線接続領域のバンプと突起形成領域のバンプとの硬度の差を１０Ｈｖ以下とするようにアニール処理を行うことが好ましい。硬度の差はなければない方がよいので、０Ｈｖ以上であることが好ましい。さらには、硬度をともに７０Ｈｖ以下となるようにアニール処理を行うことが好ましい。また、アニール処理によって配線接続領域と突起形成領域との界面では再結晶化が起こり結合する。そして、界面に存在する不純物を除去することができる。このような理由からも、アニール処理を行うことが好ましい。
【００３３】
アニール処理は、上記硬度になるように行うのが好ましく、例えば２００〜３００℃で３０分〜１２０分のアニール処理とすることが好ましい。液体吐出ヘッドにおいては後の工程で吐出口形成部材等をベークするプロセスを有する場合が多い。従って、そのプロセスにおいて不純物が発生しないようにするため、吐出口形成部材等をベークするプロセスの加熱温度よりも高い温度でアニール処理を行うことが好ましい。
【００３４】
最後に、配線９をバンプ７の第二面に接続させて、記録素子基板と電気配線基板、特には記録素子基板のエネルギー発生素子１５と電気配線基板とが、配線９を介して電気的に接続する。
【００３５】
尚、図４（ｅ）の段階で、レジスト１７を、配線接続領域と突起形成領域とを一気に露出させるように開口させてもよい。この場合、次に１回目で１μｍ程度の厚みでめっきを形成し、レジスト除去後、再度レジスト塗布、露光、現像し、配線接続領域に追加めっきを行う。この手法でも本発明の液体吐出ヘッドを製造することができる。但し、レジストを複数回使用する必要がある。また、２回目の露光時にプロキシミティータイプの露光機を使用すると、露光時のアライメントが難しい。
【００３６】
以上のようにして、本発明の液体吐出ヘッドを製造することができる。
【図１】
2014030980.tif 000003
【図２】
2014030980.tif 000004
【図３】
2014030980.tif 000005
【図４】
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