(57)【要約】【課題】高い歩留まりおよび高い信頼性で製造することが可能であり、改良された出力ゲインを有する圧電アクチュエータを提供する。【解決手段】膜（18）に固定された底部電極（32）、該底部電極上の圧電層（36）、および該圧電層上に形成された上部電極（34）を有する圧電アクチュエータであって、前記底部電極（32）は、前記圧電層（36）の底部表面全体にわたって延在し、前記圧電層（36）の上部表面の周囲部分、および前記圧電層の側面の少なくとも一部は、絶縁層（38）で被覆され、前記圧電層の上部表面の前記周囲部分では、前記上部電極（34）は、前記絶縁層（38）上に重なるように配置されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。【選択図】図１
2008300838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜に固定された底部電極、該底部電極上の圧電層、および該圧電層上に形成された上部電極を有する圧電アクチュエータであって、
前記底部電極は、前記圧電層の底部表面全体にわたって延在し、
前記圧電層の上部表面の周囲部分、および前記圧電層の側面の少なくとも一部は、絶縁層で被覆され、
前記圧電層の上部表面の前記周囲部分では、前記上部電極は、前記絶縁層上に重なるように配置されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記絶縁層は、均一な厚さを有することを特徴とする請求項1に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記絶縁層の厚さは、前記膜を被覆する部分が、前記圧電層の前記上部表面を被覆する部分よりも厚くなっていることを特徴とする請求項1に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記膜を被覆する部分における前記絶縁層の厚さは、前記圧電層の前記周囲部分、および前記膜の前記被覆部分の両方にわたって、前記絶縁層が連続的で平坦な上部表面を有するように、前記絶縁層の厚さよりも厚くなっていることを特徴とする請求項3に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記絶縁層は、放射線硬化性樹脂で構成されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記膜の上部表面は、一つの電極を担持し、該電極は、当該アクチュエータの前記底部電極と接触し、
前記絶縁層は、前記膜上の前記一つの電極の一部を被覆することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
膜に固定された底部電極、該底部電極上の圧電層、および該圧電層上に形成された上部電極を有する圧電アクチュエータを製作する方法であって、
前記底部電極および前記圧電層を、前記膜の表面に固定するステップと、
前記圧電層の上部表面の周囲端部分、および前記圧電層の側表面の少なくとも一部に、絶縁層のリングを形成するステップと、
前記圧電層の上部表面に、前記絶縁層の部分と重なるように、前記上部電極を形成するステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項８】
前記絶縁層は、放射線硬化樹脂により形成され、
当該方法は、
前記圧電層の表面全体を被覆するように、前記絶縁層を形成するステップと、
前記圧電層の前記周囲端を被覆する前記部分、および前記膜の前記被覆部分を、放射線露光して、前記絶縁層を硬化処理するステップと、
前記絶縁層の露光されなかった部分を除去するステップと、
を有することを特徴とする請求項7に記載の方法。
【請求項９】
前記上部電極は、前記圧電層の前記周囲部分を超えて延在するように形成され、前記上部電極用の電気的接触が形成されることを特徴とする請求項7または8に記載の方法。
【請求項１０】
共通チップ上に圧電アクチュエータの配列を形成するため、
前記絶縁層を形成するステップ、前記絶縁層を露光するステップ、および前記上部電極を形成するステップは、前記配列の全てのアクチュエータに対して、同時に実施されることを特徴とする請求項7乃至9のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
前記配列の全てのアクチュエータの前記圧電層は、共通のスラブから、
該スラブの前記底部電極が設置される側に、溝を切断形成し、前記スラブを前記膜に接合し、前記スラブの連続的な上部層を除去することにより、得られ、
これにより、前記圧電層が相互に分離されることを特徴とする請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記底部電極が設けられる前記圧電層は、接着材により前記膜に固定されることを特徴とする請求項7乃至11のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１３】
前記底部電極が設けられる前記圧電層は、熱圧着接合法により、前記膜に固定されることを特徴とする請求項7乃至12のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１４】
請求項1乃至6のいずれか一つに記載の少なくとも一つのアクチュエータを有する、インクジェット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜に固定された底部電極、該底部電極上の薄い圧電層、および該圧電層上に形成された上部電極を有する圧電アクチュエータであって、前記底部電極は、前記圧電層の底部表面全体にわたって延在し、前記圧電層の上部表面の周囲部分、および前記圧電層の側面の少なくとも一部は、絶縁層で被覆されることを特徴とする圧電アクチュエータに関する。また、本発明は、そのようなアクチュエータを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
より具体的には、本発明は、インクジェット装置内の圧電アクチュエータに関し、このインクジェット装置は、圧電アクチュエータを活性化する電気信号に応答してインク滴を放出する、インクジェットプリンタに使用される。アクチュエータが活性化されると、膜が圧力チャンバの方に屈曲し、これによりチャンバ内に収容された液体インクの圧力が上昇し、圧力チャンバと連通するノズルから、インク滴が放射される。
【０００３】
アクチュエータは、屈曲変形モードで作動する。これは、電極の上部と底部の間に電圧が印加された際に、圧電層が層の平面と垂直な方向に曲がり、これにより膜が同じ方向に変形することを意味する。そのため、圧電層は、薄くする必要があり、これは、層の厚さは、膜表面の面に平行な平面におけるその層の少なくとも一つの寸法よりも小さいことを意味する。
【０００４】
米国特許出願公開第2005／275316A1および第2004／051763号には、このタイプのアクチュエータが示されており、この場合、底部電極は、膜上の連続層として形成され、この層は、圧電層の端部を超えて延伸する。圧電層と底部電極の上部表面には、絶縁層が直接形成され、底部電極が導電性リードから分離される。導電性リードは、絶縁層の孔を介して、底部から上部電極と接触する。
【０００５】
米国特許出願公開第2005／0046678A1号には、アクチュエータが示されており、この場合、圧電層は、上部電極に対する電気的接触が付与される少なくとも一つの側で、底部電極の端部を超えて延伸する。この構成では、底部電極と、上部電極と接する導体との間に、ある距離が確保され、電極に予期せぬ短絡が生じることが防止される。
【特許文献１】米国特許出願公開第2005／0046678A1号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、高い歩留まりおよび高い信頼性で製造することが可能であり、改良された出力ゲインを有する圧電アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、最初の段落で述べた種類のアクチュエータは、圧電層の上部表面の周囲部分において、上部電極が絶縁層に重なるように配置されているという特徴を有する。本発明のある実施例では、さらに、膜の被覆部分が絶縁層で被覆される。
【０００８】
アクチュエータにより変化する電力および体積は、上部電極と底部電極の間に生じる電場に曝される、圧電層の領域により定められる。本発明では、底部電極は、アクチュエータの全ての側において、少なくとも圧電層の周囲端部分まで延在するため、電場に曝されるアクチュエータの体積、さらには供給される電力が、有意に上昇する。
【０００９】
しかしながら、上部電極を形成し、これとの電気的接触を形成するため、例えば、MEMS-MST技術（小型電気機械システム／小型システム技術）の枠組み内で、スパッタリングまたは蒸着技術を用いた場合、底部電極と上部電極の間で生じ得る短絡の問題に対処する必要が生じる。
【００１０】
実際、接着材により、アクチュエータの底部電極が膜に設置される場合、そのような短絡は、アクチュエータと膜の間から染み出し、底部電極の周囲端の周りにカラーを形成する接着材のメニスカスの存在によって回避される。
【００１１】
しかしながら、製造方法の信頼性および歩留まりは、以下の要因により、低下する可能性がある：上部電極の電気的接触を提供するため、例えばスパッタリング法または蒸着法により、圧電層の側表面を超えて、上部電極が形成され、これがさらに膜の表面にわたると、上部電極の伸張部と、底部電極の周囲端部は、接着材のメニスカスのみにより、分離された状態になる。接合処理の変動により、電極間の距離は、極めて短くなる場合がある。従って、電圧が印加された際に、圧電層の端部位置に、極めて強い電場が生じ、これにより、圧電材料または電極に、電気的損傷が生じる恐れがある。また、カラーが形成されたとしても、そのようなカラーは、不連続であり、電極が直接接触してしまう場合があり、この場合、短絡が生じることになる。
【００１２】
これらの問題を避けるため、本発明では、少なくとも、圧電層の上部表面の周囲端部分と、この圧電層の側面とが、絶縁層で被覆され保護される。さらに膜上の被覆部分が、同じ絶縁層で被覆されても良い。次に、圧電層上に上部電極が設置される際、この上部電極は、絶縁層の上に重ねられ、上部電極が膜表面から導出される側では、絶縁層により、上部電極と底部電極の間に十分な距離が提供され、これにより、前述の劣化現象が防止され、あるいは少なくとも抑制される。
【００１３】
絶縁層の厚さは、容易に制御することができるため、短絡の他、圧電層に対する電気的損傷も、確実に抑制することができる。従って、本発明によるアクチュエータでは、一方では、所与の活性化電圧および所与のアクチュエータの寸法に対して、高い作動力が提供され、他方では、高い歩留まりで、圧電層の短絡または損傷のいかなるリスクも伴わずに、有効で信頼性のある製造方法を提供することが可能になる。
【００１４】
本発明のより具体的な追加の特徴は、従属請求項に記載されている。
【００１５】
アクチュエータを製作する適当な方法は、方法の独立請求項に記載されている。
【００１６】
ある実施例では、絶縁層は、圧電層およびそれが設置される膜の全ての表面領域において、均一な厚さを有しても良い。
【００１７】
ただし、修正実施例では、絶縁層の厚さは、不均一であっても良い。絶縁層は、膜表面を被覆する部分において、圧電層の上部表面を被覆する部分よりも大きな厚さを有することが好ましい。この場合、膜上の絶縁層の厚さを適正に制御することにより、上部電極と底部電極の間が最小距離に設定され、圧電層の上部表面の絶縁層は、比較的小さな厚さとなり、電気的接触を形成することが容易になり、上部電極と圧電層の周囲端部分と間の距離が短くなり、さらにアクチュエータの端部近傍の電場の歪みが最小化されるという利点が得られる。
【００１８】
特定の実施例では、圧電層と膜の被覆部分を、絶縁層に完全に埋設することが可能である。この場合、この絶縁層は、平坦な上部表面を有し、そこには圧電層の上部表面を上部電極に対して露出するための窓のみが形成される。従って、絶縁層の平坦上部表面は、導電体用のキャリアとして使用され、その後、この表面は、実質的に上部電極でレベルが合わされ、上部電極の接触がより容易となる。絶縁層に形成される窓は、絶縁層中に十分に深く埋設すると、アクチュエータが十分に機能するようにアクチュエータを収容することができ、アクチュエータの圧電変形は妨害されない。
【００１９】
絶縁層は、SU8またはBCBのような光硬化性樹脂により形成されることが好ましい。この場合、絶縁層は、例えば、圧電層の上部表面を最初に完全に被覆する連続層として、スピンコート法またはスプレーコーティング法により形成されても良い。次に、絶縁目的のため、絶縁層の残留される部分が光で露光され、樹脂が硬化される。一方、層の他の部分の樹脂は、除去され、圧電層の上部表面、および絶縁層が不要な、例えば膜上の他の領域が露出される。
【００２０】
前述の製造技術は、共通チップ上に、高集積密度で集積された複数のアクチュエータの配列を有効に製造することに、特に適している。従って、高いノズル密度を有し、高解像で高速印刷が可能なインクジェット装置を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を用いて、本発明の好適実施例を説明する。
【００２２】
図1に示すように、本発明によるインクジェット装置は、層状構造を有し、この構造は、図1の底部から上部にかけて、ノズル12が形成されたノズル板10と、ノズル12と連通する圧力チャンバ16を定形するチャンバ板14と、圧電アクチュエータ20を支持する可撓性膜18と、液体インクを圧力チャンバ16に供給する分配板22と、任意のカバー板24とを有する。
【００２３】
チャンバ板14、膜18および分配板22は、シリコンで形成されることが好ましく、公知の半導体処理のエッチング技術および光リソグラフィー技術を用いて、これらの部材の信頼性のある有効な微細構造が形成される。これは、シリコンウェハから製作されることが好ましい。図1では、単一のノズルおよびアクチュエータユニットのみが示されているが、複数のノズルおよびアクチュエータユニット、または複数のそのようなチップを有するチップ全体を、ウェハ処理プロセスにより、並行に形成することも可能であり、これが好ましい。前述の部材に、同等のまたは同一の材料を使用した場合、部材の熱膨張性が異なることにより生じる問題が回避され、または最小限に抑制されるという有意な特徴が得られる。
【００２４】
可撓性膜18は、接着層26により、チャンネル板14に強固に固定される。これにより、圧力チャンバ16が被覆され、その上部壁が定形される。膜の表面上には、導電性構造28が形成され、この構造は、例えば、配線ボンド30と接触されるよう、少なくとも一つの側から導出される。
【００２５】
圧電アクチュエータ20は、導電性構造28と接する大面積接触部に保持された底部電極32と、上部電極34と、これらの間に挟まれた圧電層36とを有する。圧電層36は、PZT（ジルコン酸チタン酸鉛）のような圧電セラミックで構成され、必要に応じて、追加の内部電極を有しても良い。
【００２６】
圧電層36の上部表面の周囲端部および層の側表面は、絶縁層38で被覆される。上部電極34の周囲位置は、その絶縁層と重ね合わされ、膜18の表面の一つの側から、導出される。これにより、上部電極34は、配線ボンド40と電気的に接触される。
【００２７】
配線ボンド30および40のような、電気的接触部が形成される位置では、電気的リードは、別の接着層42により、分配板22に固定され、これにより、膜18の上部表面が分配板に固定される。
【００２８】
アクチュエータの底部電極32および好ましくはさらに上部電極34は、圧電層36の端部位置を含む表面全体を被覆し、これにより、アクチュエータの出力ゲインと体積変化の増大が観測される。絶縁層38は、上部および底部の電極が短絡することを防止し、電極は、いずれの場所においても、十分な距離で確実に分離されるため、電極間に電圧が印加された際に、両者の間に構築される電場の強度は、圧電材料に無害な値にまで、確実に抑制される。
【００２９】
分配板22は、接着層42により、膜18の上部表面に強固に接合され、チャンバ44が定形される。このチャンバ内では、アクチュエータは、十分に機能するように収容され、アクチュエータの圧電変形が妨害を受けることはない。従ってアクチュエータ20は、圧力チャンバ16および供給システム内のインクからシールドされるのみならず、周囲空気からもシールされ、圧電材料の経時劣化によるアクチュエータの劣化が最小化される。
【００３０】
チャンバ44は、圧電材料と反応しない窒素またはアルゴンのような気体で充填されても良く、あるいは減圧下もしくは大気圧よりも僅かに低い圧力に維持されても良い。別の実施例では、チャンバ44が大気圧の空気を含む場合、これは、狭小の通気孔を介して、環境と連通されることが好ましく、これによりチャンバ内の圧力が、大気圧とバランスするようになる一方、空気の置換は、抑制されるため、圧電材料の劣化が防止される。
【００３１】
アクチュエータチャンバ44の上部の、該チャンバから分離された位置では、分配板22は、広いインク供給チャンネル46を定形し、このチャンネルは、少なくとも一つの端部で、インクリザーバ（図示されていない）と接続される。必要な場合、インクリザーバは、カバー板24の代わりに、インクチャンネル46の上部に、直接提供されても良い。
【００３２】
アクチュエータチャンバ44から横方向にずれた位置では、分配板22は、貫通孔48を定形し、この貫通孔48は、フィルタ通路50を介して、インク供給チャンネル46を圧力チャンバ16に接続する。フィルタ通路は、膜18内の微細孔により形成される。フィルタ通路50は、インクに含まれ得る不純物が圧力チャンバ16の方に流入することを防止するとともに、アクチュエータ20により、圧力チャンバ16内に圧力が形成される程度まで、インク供給チャンネル46と圧力チャンバ16との間の流通を制限する。このため、アクチュエータの圧電層36は、電極32、34に電圧が印加された際に、たわみモードで変形する。ノズル12からインク滴が放出されると、アクチュエータは、圧電層36が圧力チャンバ16から遠ざかる方向に膨らむ極性を有する第1の電圧で活性化されることが好ましく、この場合、膜18が変形し、圧力チャンバの体積が増大する。その結果、インクは、フィルタ通路50を介して吸引される。次に、電圧がオフにされ、あるいは反対の極性の電圧パルスが印加されると、圧力チャンバ16の体積は、再度減少し、圧力チャンバに収容された液体インク中に、圧力波が生じる。この圧力波は、ノズル12まで伝播し、インク滴の放出が生じる。
【００３３】
圧力チャンバ16の上部（およびアクチュエータ20の上部）に構成されたインク供給チャンネル46を有する、インクジェット装置の前述の構成は、単一ノズルおよびアクチュエータユニットの小型配置が可能になり、結果的に、そのような複数のユニットにより形成されるチップの集積密度が向上するという利点を有する。その結果、高いノズル密度が得られ、高い解像度および大きな印刷速度が得られる。しかしながら、装置は、特に大量生産に適した、単純で効果的な製造プロセスで製作されても良い。特に、電気的接続、および必要な場合電気的部材52は、分配板22と組み合わされる前に、膜18の一つの側に、容易に形成することができる。
【００３４】
グラウンド電極32（またはアクチュエータを活性化させる電極）を形成する金属層は、図1の平面に対して垂直な方向に、フィルタ通路50からずれた位置から導出され、またはフィルタ通路の周囲に形成されることを理解する必要がある。
【００３５】
図2は、図1の丸Ｘで囲った部分の詳細拡大図である。示された例では、電子部材52の一部、例えばセンサ、スイッチングトランジスタ、またはアクチュエータ20を制御する駆動回路は、シリコン材料の適当なドーピングにより、膜18の上部表面に埋設される。また、この例では、電極32の伸張部またはタブ部は、膜の表面上の誘電体層内の開口54を介して、電子部材52との信頼性のある接続を形成する。
【００３６】
図3には、複数のノズルとアクチュエータユニットとを有するチップ56を示す。これらは、図1に関して示した原理に従って、構成される。ここでは、チップの主要部材、すなわちチャンバ板14、アクチュエータ20を有する膜18、および分配板22は、明確化のため、相互に分離した状態で示されている。
【００３７】
この例では、圧力チャンバ16は、交互に回転対称に配置されており、これらのチャンバ組には、共通のチャンネル46および共通の貫通孔48から、インクが供給される。各圧力チャンバ16のフィルタ通路50は、各圧力チャンバ16の、ノズル12と接続された端部位置とは反対側の端部位置の上部に配置される。これは、圧力チャンバに含まれ、液滴発生過程に悪影響を及ぼし得る、いかなる空気泡も除去された状態で、圧力チャンバにインクが流れる点で有意である。
【００３８】
図3に示すチップ56は、ノズルおよびアクチュエータユニットの2次元配列を形成し、そのような複数のユニットは、図3が示された平面に対して垂直な方向に整列される。示された例では、各アクチュエータ20は、個々のチャンバ44に収容され、個々のチャンバ44は、分配板22と一体形成された水平壁58により、隣接するチャンバから分離される。前述のように、これらのチャンバは、狭小通気孔60を介して連通される。あるいは、同じ列に整列されたアクチュエータ20が共通の連続チャンバ44に収容される場合、水平壁58は、省略されても良い。
【００３９】
膜18、分配板22、および必要な場合、チャンバ板14の各々は、図4に示すように、各ウェハ62を処理することにより形成されても良い。複数のチップ56の部材は、単一のウェハから構成されても良い。図4の右側に示されているチップ56は、分配板22の上面図であり、この分配板22は、インク供給チャンネル46および貫通孔48を有する。図4の左側のチップは、部分的に除去されており、チップの層構造が視認できる。
【００４０】
分配板22の直下の層64は、5行のアクチュエータを示している。最初の2行は、突出リードを有する上部電極層34の上部平面図を示している。この実施例では、電極34の領域および貫通孔48と一致する領域を除く、膜18の全表面が絶縁層38で被覆されている。これについては、図14乃至16を参照して、以降で詳しく説明する。図4の第1行は、電気的トラック66を示しており、このトラックは、リードに接続され、絶縁層38の表面に提供される。層64内の最後の3行は、上部電極のない圧電層36を示している。
【００４１】
次の層68では、絶縁層38が除去され、フィルタ通路50を有する膜18が視認される。この層の第2行においても、圧電層36が除去され、底部電極32が示されている。
チップの最下部の3行は、圧力チャンバ16とノズル12とを有するチャンバ板14の上面図を示している。この例では、フィルタ通路は、ラビリンス70を介して、圧力チャンバ16と連通している。これらのラビリンスは、十分な流れ制限を提供する役割を果たす。図に示すように、圧力チャンバ16は、ほぼ四角形状であり、ラビリンスは、チャンバのノズル12とは対角側のコーナー部に通じている。
【００４２】
以下、インクジェット装置およびチップ56のそれぞれを製作する方法の好適実施例を説明する。
【００４３】
図5乃至13には、アクチュエータ20を有する膜18を形成する方法を示す。まず、図5に示すように、圧電材料のスラブ72を調製し、これに底部電極32を設置し、さらに上部表面に、別の電極74を設置する。これらの電極は、圧電材料の分極に使用されても良い。スラブ72は、少なくともチップ56全体の寸法を有することが好ましい。可能な場合、ウェハサイズのスラブが使用され、または複数のスラブが、それらの電極74とともにウェハサイズの担体板に取り付けられても良い。スラブ72の厚さは、例えば、200から500μmの範囲であっても良い。
【００４４】
図6に示すように、スラブ72の底部側に、アクチュエータの圧電層36の意図される厚さよりも僅かに大きな深さで、溝76が切除形成される。図には示していないが、溝76は、横断的に延在し、後に圧電層36を形成する、残りの突出したプラットフォームは、底部電極32で被覆される。これらのプラットフォームのパターンは、チップ56上のアクチュエータの意図された配列に対応する。
【００４５】
次に、図7Aに示すように、底部電極32の底部側は、例えばタンポン印刷法またはローラコーティング法等により、接着層78で被覆される。あるいは、図7Bに示すように、スラブ72の底部側全体が、スプレーコーティング法により、絶縁性接着層で被覆されても良い。その場合、圧電層36の側面が、絶縁層で予めコーティングされるという利点が得られる。
【００４６】
また、ウェハ寸法の担体板80が調製され、その上部表面に、適当なパターンを有する導電性構造28が形成される。担体板18は、SOIウェハにより形成されることが好ましく、このSOIウェハは、後に膜18を形成する上部シリコン層と、後にエッチング除去される底部シリコン層82と、2層のシリコン層を分離し、エッチング停止層として機能する二酸化珪素層84と、を有する。
【００４７】
特定の実施例では、上部シリコン層、すなわち膜18は、1μmから25μmの間、または約10μmの厚さを有しても良く、エッチング停止層は、0.1から2μmの厚さを有し、底部シリコン層82は、150から1000μmの厚さを有しても良く、これにより高い機械的安定性が確保される。
【００４８】
次に、スラブ72は、担体板80の上部表面に圧接され、将来のアクチュエータの底部電極32は、熱圧着接合により、導電性構造28と強固に接合される。この方法では、図8に示すように、接着層78は、押し出され、各圧電層36の周囲にメニスカスを形成する一方、導電性構造28および電極32は、相互に電気的に接触する。
【００４９】
通常、スラブ72の圧電材料は、焦電特性を有し、これは、熱圧着接合処理の間、電極32と74が短絡され、電気的損傷が回避される点で好適である。あるいは熱圧着接合法の代わりに、超音波接合法を使用しても良い。この場合、将来のアクチュエータの底部電極上および／またはグラウンド電極上には、接着層の代わりに、金層もしくは金隆起部が提供される。
【００５０】
次に、図8に示すように、例えば研削処理等により、電極74およびスラブ72の連続する上側部分が除去され、アクチュエータの圧電層36の所望の配列のみが、担体板80上に残留する。
【００５１】
図9に示すように、次のステップでは、絶縁層38が形成される。この層は、例えばスピンコーティング法、スプレーコーティング法、スパッタPVD法、CVD等により、少なくとも、圧電層36の全表面上、その側壁上、および接着層78により形成されたメニスカス上、に形成される。絶縁層38は、SU8またはBCBのような光硬化性エポキシ樹脂により形成されることが好ましい。層38の被残留部分は、光で露光されて樹脂硬化処理され、これにより非露光部分が除去される。
【００５２】
図10に示すように、層38は、少なくとも層36の中心部から除去され、ここには、その後、上部電極34が設置される。
【００５３】
図11に示すように、例えばスパッタリング法または他のいかなる適当な処理方法により、圧電層36の上部露出表面に、上部電極34が形成される。上部電極の電気的接触を可能にするため、この電極は、絶縁層38の少なくとも一つの側を超えて、図11の右側に示すように、担持板80の上部表面にまで延伸する。絶縁層38により、上部電極34の金属は、底部電極32および導電性構造28から十分な距離だけ、確実に離間されるようになり、これにより、短絡が回避され、電極間の間に生じる電場の強度が制限されるようになる。
【００５４】
図11に示すステップにより、圧電アクチュエータ20の形成が完了する。次のステップでは、図12に示すように、分配板22が担体板80の上部表面に接合される。分配板22は、適当なシリコンウェハのエッチング処理により、別個に調製される。例えば、低コストな異方性湿式エッチング処理方法で、供給チャンネル46の比較的粗さの大きな構造が形成され、アクチュエータチャンバ44および貫通孔48の微細構造は、下側からのドライエッチング処理法により形成される。
【００５５】
次に分配板22は、硬質基板として機能し、組立体を操作する際のハンドルとして使用される。
【００５６】
次に、分配板22および担体板80を形成する接合ウェハは、エッチング段階に移行され、ここで、担体板80の底部シリコン層82は、二酸化珪素層84により形成されたエッチング停止層まで、エッチング除去される。その後、二酸化珪素層が除去され、上部にアクチュエータ20が設置された、薄い可撓性膜18のみが残留する。この膜は、硬質分配板22に強固に固定される。
【００５７】
同じまたは別個のエッチングステップにおいて、あるいはレーザ切除法のような別の処理方法により、フィルタ通路50が形成されても良い。図13には、得られた結果を示す。
【００５８】
可撓性膜18は、分配板22により支持されているため、これにより、膜18のチャンバ板14への接合ステップを含むさらなる処理ステップの際に、膜18が安全に取り扱える。この段階において、膜18、一方の側の分配板22、および他の側のチャンバ板14の組立体が、ウェハ寸法を有する場合、単一の整列ステップにおいて、アクチュエータ20およびフィルタ通路50は、ウェハ上の全チップに対して、圧力チャンバ16とともに正確に整列される。最後に、接合ウェハがダイス化され、個々のチップ56が形成される。
【００５９】
当然のことながら、代替例として、膜18および分配板22を形成する接合ウェハのみをダイス化して、それらを別個のチャンバ板14とともに組み立てることも可能である。
【００６０】
図9乃至13に示す例では、絶縁層38は、圧電層36の上部側で、比較的小さな厚さを有し、膜の表面上および導電性構造28の上では、大きな厚さを有する。比較のため、図1には、絶縁層38が均一な厚さを有する実施例を示す。
【００６１】
図14には、さらに別の実施例を示す。この場合、図9のステップは、担体板80の全表面に、平坦で連続的な上部表面を有する絶縁層38が形成されるように変更されており、すなわち圧電層36、底部電極32および導電性構造28は、絶縁層38内に、完全に埋設される。この実施例は、図4に示した例に対応する。
【００６２】
再度図15を参照すると、光硬化性絶縁層38が露光され、少なくとも圧電層36を被覆する部分、および貫通孔48と対応する部分86において、樹脂が除去される。
【００６３】
最後に、図16に示すように、アクチュエータの上部電極34が設置され、これは、絶縁層38の平坦上部表面上を延伸する。アクチュエータを電気的に接触させるために使用される方法に応じて、電気的接触の形成が容易化される。
【００６４】
残りの手順は、図9乃至12を参照した説明に対応する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明による方法により製造された単一のインクジェット装置の断面図である。
【図２】図1に示した装置の拡大詳細図である。
【図３】複数のノズルおよびアクチュエータユニットの配列を形成するための、インクジェット装置の部材の部分断面図である。
【図４】ウェハから製造される、図3に示す種類の配列の部分平面図である。
【図５】膜上に圧電アクチュエータを調製し取り付ける方法のあるステップを示した図である。
【図６】膜上に圧電アクチュエータを調製し取り付ける方法のあるステップを示した図である。
【図７】膜上に圧電アクチュエータを調製し取り付ける方法のあるステップを示した図である。
【図８】膜上に圧電アクチュエータを調製し取り付ける方法のあるステップを示した図である。
【図９】膜上でアクチュエータを完成させる際の方法のあるステップを示した図である。
【図１０】膜上でアクチュエータを完成させる際の方法のあるステップを示した図である。
【図１１】膜上でアクチュエータを完成させる際の方法のあるステップを示した図である。
【図１２】硬質基板に膜を取り付けるステップを示した図である。
【図１３】膜を開放するステップを示した図である。
【図１４】本発明の変更実施例の図9乃至11と類似のステップを示した図である。
【図１５】本発明の変更実施例の図9乃至11と類似のステップを示した図である。
【図１６】本発明の変更実施例の図9乃至11と類似のステップを示した図である。
【符号の説明】
【００６６】
10  ノズル板、12  ノズル、14  チャンバ板、16  圧力チャンバ、18  膜、20  圧電アクチュエータ、22  分配板、24  カバー板、26  接着層、28  導電性構造、30  配線ボンド、32  底部電極、34  上部電極、36  圧電層、38  絶縁層、42  接着層、44  チャンバ、46  供給チャンネル、48  貫通孔、50  フィルタ通路、56  チップ、58  水平壁、60  狭小通気孔、62  ウェハ、64  層、66  電気的トラック、70  ラビリンス、72  スラブ、74  電極、76  溝、80  担体板、82  底部シリコン層、84  二酸化珪素層。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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