(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェット印刷ヘッドであって、
−上面（２０）、下面（２１）及び厚み（２３）を有するシリコンダイ（１１）と、前記シリコンダイ（１１）の上面（２０）上に蒸着された層と、当該層の前記シリコンダイ（１１）側と反対側に接着されたノズルプレート（１２）であって、距離（３３）だけ隔てられた第１のノズルの群（１３’）と第２のノズルの群（１３”）とを有するノズルプレート（１２）と、を含むアクチュエータアセンブリ（１０）と、
−前記シリコンダイ（１１）の前記下面（２１）に取り付けられた第１と第２のインクタンクであって、当該第１と第２のインクタンク間には、シール部材が設けられており、前記第１のタンクは、第１のインクを含み且つ前記シリコンダイ（１１）の厚み内に作られた第１のダクトを介して前記第１のノズルの群（１３’）と流体連通しており、前記第２のタンクは、第２のインクを含み且つ前記シリコンダイ（１１）の前記厚み内に作られた第２のダクトを介して前記第２のノズルの群（１３”）と流体連通している、前記第１と第２のインクタンクと、を備えており、
前記第１のダクトは、前記シリコンダイ（１１）の前記下面（２１）から始まって同シリコンダイ（１１）の前記上面（２０）の上に作られた第１の溝（１４’）で終わっている第１の孔（１５’）を含み、前記第２のダクトは、前記シリコンダイ（１１）の前記下面（２１）から始まって前記シリコンダイ（１１）の前記上面（２０）上に形成された第２の溝（１４”）で終わっている第２の孔（１５”）を含み、前記シリコンダイ（１１）の前記上面（２０）の上に形成された前記第１の溝及び第２の溝（１４’，１４”）は、前記第１及び第２のノズルの群（１３’，１３”）の各々の領域に向かって前記第１及び第２の孔（１５’，１５”）から出てくるインクを運ぶように配置されており、前記シリコンダイ（１１）の前記下面（２１）上の前記第１の孔（１５’）と前記第２の孔（１５”）との間の第１の距離（１８）は、前記シリコンダイ（１１）の上面（２０）上の前記第１の溝（１４’）と前記第２の溝（１４”）との間の第２の距離（１７）よりも長く、前記第１のノズルの群（１３’）と前記第２のノズルの群（１３”）との間の前記距離（３３）が、前記第１の孔（１５’）と前記第２の孔（１５”）との間の距離よりも短くなされている、ことを特徴とするインクジェット印刷ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の印刷ヘッドであって、
前記第１の溝（１４’）と前記第２の溝（１４”）とが、誘導結合高周波プラズマ形式の化学エッチングによる異方性の切り込みによって、前記シリコンダイ（１１）の前記上面（２０）上に形成されていることを特徴とする、印刷ヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載の印刷ヘッドであって、
前記第１の孔（１５’）と前記第２の孔（１５”）とが、サンドブラストによってなされる切削によって、前記シリコンダイ（１１）の前記厚み内に作られていることを特徴とする、印刷ヘッド。
【請求項４】
請求項２に記載の印刷ヘッドであって、
前記第１の孔（１５’）と前記第２の孔（１５”）とが、誘導結合高周波プラズマ形式の化学エッチングによる異方性の切り込みによって、前記シリコンダイ（１１）の前記厚み（２３）内に形成されていることを特徴とする、印刷ヘッド。
【請求項５】
請求項１に記載の印刷ヘッドであって、
前記第１の溝（１４’）と前記第２の溝（１４”）とが深さ（２６）を有し、同深さは、２５μｍ又はそれ以上から１００μｍ又はそれ以下の範囲内の深さであることを特徴とする、印刷ヘッド。
【請求項６】
請求項１に記載の印刷ヘッドであって、
前記シリコンダイ（１１）の前記下面（２１）上の前記第１の孔（１５’）と前記第２の孔（１５”）との間の前記第１の距離（１８）が、１０５８μｍ（１インチの２５／６００）又はそれ以上から１４８２μｍ（１インチの３５／６００）及びそれ以下の範囲内の長さであり、前記シリコンダイ（１１）の前記上面（２０）上の前記第１の溝（１４’）と前記第２の溝（１４”）との間の前記第２の距離（１７）が、４２３μｍ（１インチの１０／６００）又はそれ以上から６３５μｍ（１インチの１５／６００）又はそれ以下の範囲内の長さである、印刷ヘッド。
【請求項７】
請求項６に記載の印刷ヘッドであって、
前記ノズルの第１の群（１３’）と前記ノズルの第２の群（１３”）とを分離している前記距離（３３）が、前記シリコンダイ（１１）の前記上面（２０）上の前記第１の溝（１４’）と前記第２の溝（１４”）との間の前記第２の距離（１７）に等しいことを特徴とする、印刷ヘッド。
【請求項８】
請求項１に記載の印刷ヘッドであって、
前記シリコンダイ（１１）が、大きい方の辺（２９）と小さい方の辺（２８）とを備えた矩形形状であり、前記大きい方の辺（２９）の長さが１０ｍｍ又はそれ以上から３０ｍｍ又はそれ以下の間の範囲内の長さであり、前記小さい方の辺（２８）の長さが３ｍｍ又はそれ以上から５ｍｍ又はそれ以下の範囲内の長さである、印刷ヘッド。
【請求項９】
請求項８に記載の印刷ヘッドであって、
前記シリコンダイ（１１）の前記厚み（２３）が０．４ｍｍ又はそれ以上から０．８ｍｍ又はそれ以下の範囲内の厚みであることを特徴とする、印刷ヘッド。
【請求項１０】
請求項８に記載の印刷ヘッドであって、
前記ノズルの第１の群（１３’）と前記ノズルの第２の群（１３”）とが、前記大きい方の辺（２９）に平行な２つの列に配列されていることを特徴とする、印刷ヘッド。
【請求項１１】
請求項１に記載の印刷ヘッドであって、
前記第１のインクの色が前記第２のインクの色と異なっていることを特徴とする、印刷ヘッド。
【請求項１２】
請求項１に記載の印刷ヘッドであって、
前記第２のインクの乾燥速度が前記第１のインクの乾燥速度と異なっている、ことを特徴とする、印刷ヘッド。
【請求項１３】
請求項１１に記載の印刷ヘッドであって、
第３のインクを含んでいる第３のインクタンクと流体連通しているノズルの第３の群（１３”’）を含み、前記第１のインクがシアン色のインクであり、前記第２のインクがマゼンタ色のインクであり、第３のインクがイエロー色のインクであることを特徴とする、印刷ヘッド。
【請求項１４】
請求項１に記載の印刷ヘッドであって、
前記第１の孔（１５’）と前記第２の孔（１５”）との形状が、短い方の辺（２４）の長さが３４０μｍ（１インチの４／３００）の矩形であることを特徴とする、印刷ヘッド。
【請求項１５】
請求項１４に記載の印刷ヘッドであって、
前記第１の溝（１４’）及び前記第２の溝（１４”）の形状が、短い方の辺（２５）の長さが４２３μｍ（１インチの５／３００）に等しい矩形であり且つ前記第１の孔（１５’）と第２の孔（１５”）との周囲に各々同心状に配列されていることを特徴とする、印刷ヘッド。
【請求項１６】
請求項２に記載の印刷ヘッドであって、
前記第１の溝（１４’）及び前記第２の溝（１４”）が、誘導結合高周波プラズマ形式の化学エッチングによる前記異方性の切り込み動作によって作られた少なくとも一つの孔（１５）を内側に含んでいることを特徴とする、印刷ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の技術分野
本発明は、概してインクジェット印刷ヘッドに関し、限定的ではないが、より特定すると、所謂”トップシューターズ（ｔｏｐ−ｓｈｏｏｔｅｒｓ）”すなわちインクの液滴が、加熱されると蒸気の気泡を発生して瞬間的に液滴の射出を生じるレジスタを収容している射出チャンバに直角の方向に射出される技術を採用している薄膜ヘッドに関する。
【０００２】
従来技術
単色とカラーとの両方の上記したタイプのインクジェット印刷ヘッドは、セクター技術において広く知られており、アクチュエータアセンブリを含んでいる。このアクチュエータアセンブリは、典型的には、
−シリコンチップ又はダイであって、当該シリコンチップの上面には、公知の技術を使用して種々の層が蒸着されて射出レジスタ及び連結部が形成され、その上には、例えば、能動的な電子部品、射出レジスタを駆動するＭＯＳトランジスタが形成される、シリコンチップ又はダイと、
−射出レジスタと対応して配設された射出チャンバとインクダクトとが公知の写真平板技術を使用して作られているシリコンダイ上に被覆された感光性樹脂の層と、
−インクの液滴が射出されるノズルが公知の技術を使用して射出チャンバに対応して作られている、感光性樹脂の層の上に被覆されたノズルプレートと、
を含んでいる。
【０００３】
上記したタイプのインクジェット印刷ヘッドは、シリコンダイの下面に取り付けられたインクタンクを含み、同タンクから上記したダクト及び射出チャンバへのインクの給送は、例えば、サンドブラスト切削によってシリコンダイの中心に作られた貫通孔を介してなされることは、同様によく知られている。典型的には、シリコンダイは矩形形状であり、射出レジスタ、射出チャンバ及びノズルは、矩形の大きい方の辺に平行な２つの列で且つ中心孔の２つの対向する側部に配列される。この孔は、典型的には、長方形で且つインクを全ての射出チャンバに均一に給送することができるようにするために、矩形の中の大きい方の辺よりも若干小さい全長を有している。
【０００４】
孔を有するという事実は、シリコンダイが機械的により弱く、この高い脆さは孔自体の切断中及びヘッドの製造中における連続する工程中の両方における破壊の原因であり、ヘッド内のノズルの数が多くなればなるほど、すなわちシリコンダイの辺が長くなればなるほど、破壊の原因が益々多くなる。不幸にも、今日の技術においては、印刷時間が短くなり且つそれに応じてプリンタの処理量が増すという理由から、益々たくさんのノズルを備えたヘッドを製造する傾向がある。
【０００５】
これらの正反対の要件を満足させるという問題を解決するための一つの方法は、米国特許第５，３１７，３４６号に示されている。この特許においては、インクの給送のための通過孔がある数のより短い通過孔に分割され、これらの孔は、全てシリコンダイの大きい方の辺に平行な線内にあり且つその中心にあり且つシリコンダイ自体の上面内に作られた単一の溝内で終わっている。溝の形状は、感光性樹脂内に形成された類似しているキャビティ内において対称鏡像とされており、そこからインクを運ぶ溝及び射出チャンバが始まっている。
【０００６】
従って、タンクから射出チャンバへのインクの給送は、（例えば、サンドブラストによってなされた切削によって）シリコンダイ内に形成された孔（シリコンダイの下面から始まっている）と、同ダイの上面から始まっている化学エッチング方法によって同シリコンダイに形成された溝と、の組み合わせからなるダクトによってなされる。後者の方法は、例えば、前記した米国特許と同じ譲受人に付与され且つこの特許に関係する第２の米国特許第５，３８７，３１４号に記載されており、この特許においては、この方法は、セクター技術の当業者に知られており且つＣＦ4＋Ｏ2、ＳＦ6又は希ガスの混合物と過フッ化炭化水素との化合物の使用に基づくドライエッチングとして特定されている。
【０００７】
しかしながら、特に、厳格に理論的な観点から当てはめて、図示された方法は必要とされる深さすなわち２５÷１００μｍの深さを有するシリコンダイの上面の溝の工業的な規模での製造（すなわち、短時間及び低コストでの製造）のために使用することができない。
【０００８】
シリコンダイの脆さという問題に加えて、セクター技術に極めて多く存在するけれども引用された特許において解決されない第２の問題も存在する。この問題は、カラー印刷ヘッドの場合又はとにかく非単色のものの場合に、ダイの上面の表面積を理想的に使用することに成功するという問題である。
【０００９】
実際には、カラーヘッドは、典型的には、３つの別個のノズルの群を含み、各々が通常のシリコンダイ内に形成された別個の貫通孔を介して異なるカラーのインク（一般的には、シアン、マゼンタ及びイエロー）を含むタンクに接続され且つ同タンクから給送されることは良く知られている。この３つのノズルの群は、シリコンダイの矩形の大きい方の辺に平行な方向に相互に整合されており、次いで、ノズルの各群は２つの列に配列され、これらの列の各々は、単色ヘッドの場合と同様に、矩形のシリコンダイの大きい方の辺に平行である。
【００１０】
異なる色のグループに属する隣接するノズルが相互に”汚染する”のを防止するため及びインクの異なるタンク間の適切な物理的な分離を可能にするために、ノズルの３つの群は、典型的には１インチの１／６００の約３０基本ステップ分に等しい距離（＝１．２７ｍｍ；１インチの１／３００及び１／６００はこのセクター技術を通して広く使用される単位である）だけ分離して設定され、その結果、シリコンダイの無視できない面積が使用されないまま残り、アクチュエータアセンブリのコストが増加する。
【００１１】
これに対して、異なる色の群に属する隣接するノズルの間での相互の”汚染”という問題は、３つのノズルの群を１インチの１／６００のほんの１０÷１５基本ステップ（≒０．４÷０．６ｍｍ）だけ離して設定することによって解決することができる。しかしながら、タンク間のシール部材の位置の正確さの許容範囲は、ノズルの隣接する群同士の間の距離が１インチの１／６００の約３０基本ステップという上記した値よりも小さくなってダイの表面の理想的な使用という問題を未解決のままとすることができないように、異なるインクタンク間に物理的な分離が維持されなければならないことを意味している。
【００１２】
発明の概要
本発明の目的は、多くの異なったインクタンクを有する単色でないヘッドの場合を含むシリコンダイの上面の表面積の理想的な使用がなされるのを可能にするインクジェット印刷ヘッドを形成することである。インクの各タンクに対して、本発明によるヘッドは、シリコンダイの下面から始まってＩＰＣ（誘導結合高周波プラズマ）として知られている化学エッチングタイプの切り込み技術を使用して作られた上面に形成されたより幅の広い溝で終わっている一つの貫通孔を有し、それによって、異なるインクタンク間の距離を最大化すると同時にダイの上面のノズルの異なる群間の距離を最少化する。付加的な利点は、本発明によるヘッドは、製造の種々の段階においてシリコン基板の破壊の危険性を著しく低減するということである。
【００１３】
本発明の更に別の目的は、アクチュエータアセンブリのコストの低減を可能にし、種々の色のタンクを備えたカラー印刷ヘッドの場合を含んで、シリコンダイの上面の表面積の利用を理想化し且つＩＣＰ化学エッチングタイプの切り込み技術を使用して形成された、ダイの下面から始まり上面に形成されたより幅の広い溝内へとつながっている貫通孔の製造によるシリコン基板内の破壊による製造不合格品の数を少なくすることができる、インクジェット印刷ヘッド製造プロセスを規定することである。
【００１４】
上記の目的は、特許請求の範囲の主たる請求項に規定されている特徴を有するインクジェット印刷ヘッド及びこれに関する製造方法によって得ることができる。
【００１５】
好ましい実施形態の説明
図１は、本発明によるカラーのインクジェット印刷ヘッドのアクチュエータアセンブリ１０の上面の部分平面図（実寸ではない）である。この図においては、典型的には１００乃至５００の数であり、例えば、１インチの１／３００（≒０．０８５ｍｍ）に等しいステップ１６で配列されたインク液滴を射出するための複数のノズル１３と、インク運搬溝及び射出チャンバが設けられた下に横たわっている感光性樹脂の層（図においては見えない）とが設けられたノズルプレート１２が、より長い辺２９とより短い辺２８とを有する矩形形状のシリコンダイ１１の上面を示すために部分的に切除されている。ノズル１３は、距離３３だけ分離された３つの群１３’、１３”、１３’”（図示せず）に配列されている。
【００１６】
３つの別個の孔１５’、１５”、１５’”がシリコンダイ１１内に形成されており、これらの孔は、３つの対応する溝１４’、１４”、１４’”内で終わっている。これらの３つの孔１５’、１５”、１５’”は、基板１１自体の長い方の辺２９に平行な方向に沿って整合されてダイ１１の中心に配列されている。
【００１７】
シリコンダイ１１の下面２１は図２に示されている。シリコンダイ１１の長い方の辺２９の長さ２７は典型的には１０乃至３０ｍｍであり、短い方の辺２８の長さ２２は典型的には３乃至５ｍｍである。孔１５’、１５”、１５’”は、下面２１上で測定して相互に第１の相対的な距離１８で配列されており、この第１の相対的な距離１８は、１インチの１／６００の２５÷３５ステップ（≒１．０６÷１．４８ｍｍ）に等しく且つ例えば１インチの４／３００（≒０．３４ｍｍ）に等しい第１の幅２４を有している。
【００１８】
溝１４’、１４”、１４’”は、上面２０上で測定して第２の相対的距離１７だけ相互に離れている対応する孔１５’、１５”、１５’”に対して同心状に配列されており、この第２の相対的な距離は、典型的には、１インチの１／６００の１０÷１５ステップ（≒０．４２÷０．６４ｍｍ）であり、例えば、１インチの５／３００に等しい第２の幅２５を有している。
【００１９】
方向III−IIIに沿ったダイ１１の横方向断面が図３に示されている。ダイ１１は、典型的には０．４乃至０．８ｍｍ、好ましくは０．６２５ｍｍに等しい厚みを有し、後者の場合には、孔１５’”は、典型的には３００乃至７７５μｍ好ましくは約５７５μｍに等しい第１の深さ１９を有し、溝１４’”は、典型的には２５乃至１００μｍ好ましくは約５０μｍに等しい第２の深さ２６を有している。
【００２０】
図４を参照して孔１５’、１５”、１５’”及びシリコンダイ１１から始まっている溝１４’、１４”、１４’”を製造するための方法を説明する。シリコンダイ１１の上面２０においては、射出レジスタ及び連結部を形成している種々の層の蒸着並びに能動的な電子部品、射出レジスタを駆動するＭＯＳトランジスタの一体化が公知の技術を使用して既になされている。
【００２１】
この方法の第１のステップ３０は、シリコンダイの上面２０に対して、溝１４’、１４”、１４’”の領域に対応するダイ１１の領域を邪魔されないで残す公知の形式のフォトレジスト層の形態のエッチングマスクを蒸着することからなる。この方法の第２のステップ３１は、当業者に良く知られているＩＣＰ（誘導結合高周波プラズマ）技術によってフォトレジストによって保護されていない溝１４’、１４”、１４’”の領域に化学エッチングによって異方性の切り込みを作ることからなり、このステップの正確な詳細は米国特許第５，５０１８０３号に充分に説明されているので、ここでは説明しない。この方法の第３のステップ３２は、公知の作業であるサンドブラストによってなされる切削によって、ダイ１１の下面２１から始まる孔１５’、１５”、１５’”を作ることからなる。
【００２２】
このようにして得られた孔＋溝の組み合わせからなるダクトは、２つの利点を有している。すなわち、まず第１の利点は、異なるカラーのインクを備えたタンク同士の間にダイ１１の下面２１上にかなり大きい第１の相対的な距離１８を残し、それによって、タンク間にシール部材の位置決めの正確さを欠くという問題を避け、一方、これと同時に、高い機械的な強度を備えたダイ１１を付与するという利点である。第２の利点は、ダイ１１の上面２０上に小さい第２の相対的な距離１７を残して、ノズル１３の隣接する群同士の間に使用しないままとなっているスペースの量が極めて小さい限度内に保たれるという点である。
【００２３】
上記した本発明に、本発明の範囲から逸脱することなく自然な変更を加えても良い。例えば、孔１５’、１５”、１５’”は、第１のステップ３０におけるように適当なフォトレジストタイプの保護マスクを適用して孔１５’、１５”、１５’”自体のために予定された領域を露呈されたままとした後に、第２のステップ３１においてダイ１１の下面２１に適用されたのと同じＩＣＰ技術に基づく化学エッチングによる異方性の切り込みによってこの方法の第３のステップ３２において作ることができる。
【００２４】
或いは、インク内に含まれているあらゆる不純物又は気泡を捕捉して、これらがノズルの機能的な動作に影響を及ぼすのを避けるという当業者がよく知っているであろう機能を有する”小島（ｉｓｌｅｓ）”又は”柱（ｐｏｓｔｓ）”を、対応する孔１５’、１５”、１５’”を包囲している溝１４’、１４”、１４’”の領域の内側に、既に以前に説明した方法の第２のステップにおいて作ることができる。
【００２５】
孔１５’、１５”、１５’”を作る代わりに、別の可能性は、これらの孔の代わりに、シリコンダイ１１の長い方の辺２９に平行な方向に整列され且つ典型的には１乃至１．５ｍｍのステップで配設された直径が例えば０．３ｍｍの一連の円形孔を作ることである。
【００２６】
最後に、この方法の第２のステップ３１の前に、例えば、深さが５０μｍの上面２０上のシリコンの捨てられる層は、化学エッチングによる異方性の切り込みがなされる領域を多孔質に作って、化学エッチング動作を加速することができる。
上記した実施形態は、各々が異なる色のインクを含んでいるタンクに結合され且つ当該タンクからインクを供給される３つの別個のノズルの群からなる印刷ヘッドに関するものである。本発明はまた、各々が異なる色のインクを含んでいるタンクに結合され且つ当該タンクからインクを供給される少なくとも２つのノズルの群からなる印刷ヘッドに適用することもできる。別の実施形態によれば、第１のインクの乾燥速度は第２のインクの乾燥速度と異なっていても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるカラーのインクジェット印刷ヘッドのアクチュエータアセンブリの上面の部分平面図（実寸ではない）である。
【図２】  本発明によるカラーのインクジェット印刷ヘッドのアクチュエータアセンブリの下面の部分平面図（実寸ではない）である。
【図３】  本発明によるカラーのインクジェット印刷ヘッドのアクチュエータアセンブリのシリコンダイの断面図（実寸ではない）である。
【図４】  本発明によるカラーのインクジェット印刷ヘッドのアクチュエータアセンブリのダイ内の孔及び溝の製造方法のフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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