(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力チャンバを有する流路形成基板の上部に形成されて、前記圧力チャンバにインク吐出のための駆動力を提供するインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータにおいて、
前記流路形成基板上に形成される下部電極と、
前記流路形成基板上に前記下部電極と絶縁されるように形成され、その上面に電圧印加用の駆動回路がボンディングされるボンディングパッドと、
前記圧力チャンバに対応する位置の前記下部電極上に形成され、その一端は、前記ボンディングパッドの上側まで延びた圧電膜と、
前記圧電膜上に形成され、その一端は、前記圧電膜の一端を越えて、前記ボンディングパッドの上面に接触されるように延びた上部電極と、を備え、
前記ボンディングパッドは、前記下部電極の上面から、前記流路形成基板の所定の深さまで形成されたトレンチにより取り囲まれて画定され、前記トレンチの内面と、前記トレンチの下端に形成された前記トレンチの幅よりも広い幅を有するキャビティの内面とに絶縁膜が形成されることによって、前記下部電極と絶縁されることを特徴とするインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記絶縁膜は、シリコン酸化膜からなることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記キャビティは、ほぼ円形の断面状を有することを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記流路形成基板と前記下部電極との間には、絶縁膜としてシリコン酸化膜が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記下部電極と前記ボンディングパッドは、同じ平面上に形成され、同じ金属物質からなることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記下部電極と前記ボンディングパッドは、Ｔｉ層とＰｔ層が順次に積層された２層構造を有することを特徴とする請求項５に記載のインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータ。
【請求項７】
前記ボンディングパッドは、四角形状を有するように画定されることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータ。
【請求項８】
前記ボンディングパッドの幅は、前記圧電膜の幅より広いことを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータ。
【請求項９】
圧力チャンバを有する流路形成基板の上部に形成されて、前記圧力チャンバにインク吐出のための駆動力を提供するインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータの形成方法において、
（Ａ）前記流路形成基板上に、絶縁膜としてシリコン酸化膜を形成する段階と、
（Ｂ）前記流路形成基板上に形成されたシリコン酸化膜を所定のパターンでパターニングする段階と、
（Ｃ）前記パターニングされたシリコン酸化膜を介して露出された前記流路形成基板を所定の深さにエッチングしてトレンチを形成する段階と、
（Ｄ）前記トレンチの内面にシリコン酸化膜を形成する段階と、
（Ｅ）前記トレンチの底面において、前記トレンチの内面に形成されたシリコン酸化膜をエッチングする段階と、
（Ｆ）前記トレンチの底面に露出された前記流路形成基板をエッチングして、前記トレンチの幅よりも広い幅を有するキャビティを形成する段階と、
（Ｇ）前記キャビティの内面にシリコン酸化膜を形成する段階と、
（Ｈ）前記流路形成基板上に形成されたシリコン酸化膜上に導電性の金属物質を蒸着することで、前記トレンチの外側に下部電極を形成し、前記トレンチの内側に、前記トレンチにより取り囲まれて画定され、前記トレンチと前記キャビティとにより、前記下部電極と絶縁されるボンディングパッドを形成する段階と、
（Ｉ）前記圧力チャンバに対応する位置の前記下部電極上に圧電膜を形成しつつ、前記圧電膜の一端を、前記ボンディングパッドの上側まで延設する段階と、
（Ｊ）前記圧電膜上に上部電極を形成しつつ、前記上部電極の一端を、前記圧電膜の一端を越えて前記ボンディングパッドの上面に接触されるように延設する段階と、を備えることを特徴とするインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータの形成方法。
【請求項１０】
前記トレンチは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）による乾式異方性エッチングにより形成されることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータの形成方法。
【請求項１１】
前記トレンチの底面のシリコン酸化膜のエッチングは、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）による異方性乾式エッチングにより行われることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータの形成方法。
【請求項１２】
前記キャビティは、前記トレンチを介した等方性エッチングにより、ほぼ円形の断面状を有するように形成されることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータの形成方法。
【請求項１３】
前記流路形成基板の上面と前記トレンチ内面とのシリコン酸化膜は、プラズマ化学気相蒸着工程により形成され、前記キャビティの内面のシリコン酸化膜は、熱酸化工程により形成されることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータの形成方法。
【請求項１４】
前記下部電極とボンディングパッドは、前記導電性の金属物質として、ＴｉとＰｔをスパッタリングにより順次に蒸着することで形成されることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータの形成方法。
【請求項１５】
前記ボンディングパッドは、前記トレンチにより、その幅が前記圧電膜の幅より広い四角形状を有するように画定されることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータの形成方法。
【請求項１６】
前記（Ｉ）段階で、前記圧電膜は、前記圧力チャンバに対応する位置の前記下部電極の上面と、前記ボンディングパッドの上面の一部とに、ペースト状の圧電物質をスクリーンプリンティングした後に焼結することで形成されることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータの形成方法。
【請求項１７】
前記（Ｊ）段階で、前記上部電極は、前記圧電膜の上面と、前記ボンディングパッドの上面の一部とに、ペースト状の導電性の金属物質をスクリーンプリンティングした後に焼結することで形成されることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電方式のインクジェットプリントヘッドに係り、更に詳細には、圧電方式のインクジェットプリントヘッドでインクを吐出させる駆動力を提供する圧電アクチュエータ、及びその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、インクジェットプリントヘッドは、印刷用のインクの微小な液滴を記録用紙上の所望の位置に吐出させて、所定色の画像に印刷する装置である。そのようなインクジェットプリントヘッドは、インク吐出方式により２つに大別されうる。その一つは、熱源を利用してインクにバブルを発生させて、そのバブルの膨張力によりインクを吐出させる熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドであり、他の一つは、圧電体を使用して、その圧電体の変形により、インクに加えられる圧力によりインクを吐出させる圧電方式のインクジェットプリントヘッドである。
【０００３】
図１Ａ及び図１Ｂは、従来の圧電方式のインクジェットプリントヘッドの一般的な構成を示した平面図、及び圧電膜の長手方向に沿う垂直断面図である。
【０００４】
図１Ａ及び図１Ｂを共に参照すれば、流路形成基板１０には、インク流路を構成するマニホールド１３、複数のリストリクター１２及び複数の圧力チャンバ１１が形成されており、ノズル基板２０には、複数の圧力チャンバ１１のそれぞれに対応する複数のノズル２２が形成されている。そして、前記流路形成基板１０の上部には、圧電アクチュエータ４０が設けられている。前記マニホールド１３は、インク貯蔵庫（図示せず）から流入されたインクを、複数の圧力チャンバ１１のそれぞれに供給する共通通路であり、リストリクター１２は、マニホールド１３から圧力チャンバ１１の内部にインクが流入される個別通路である。前記複数の圧力チャンバ１１は、吐出されるインクが満たされる所であって、マニホールド１３の一側または両側に配列されている。そのような圧力チャンバ１１は、圧電アクチュエータ４０の駆動によりその体積が変化することで、インクの吐出または流入のための圧力変化を生成する。そのために、流路形成基板１０の圧力チャンバ１１の上部壁をなす部位は、圧電アクチュエータ４０により変形される振動板１４の役割を行う。
【０００５】
前記圧電アクチュエータ４０は、流路形成基板１０上に順次に積層された下部電極４１と、圧電膜４２と、上部電極４３より構成される。前記下部電極４１と流路形成基板１０との間には、絶縁膜としてシリコン酸化膜３１が形成されている。下部電極４１は、シリコン酸化膜３１の全面に形成され、共通電極の役割を行う。圧電膜４２は、圧力チャンバ１１の上部に位置するように下部電極４１上に形成される。上部電極４３は、圧電膜４２上に形成され、圧電膜４２に電圧を印加する駆動電極の役割を行う。
【０００６】
そして、前記したような構造を有する圧電アクチュエータ４０に駆動電圧を印加するために、上部電極４３には、フレキシブル印刷回路（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：以下、ＦＰＣ）５０が連結される。詳細に説明すれば、ＦＰＣ５０の配線５１を上部電極４３上に位置させた後、加熱及び加圧を介して、前記配線５１を上部電極４３の上面にボンディングさせるのである。
【０００７】
ところが、図１Ａに示されたように、圧力チャンバ１１は、細長い形状を有するため、圧電膜４２も上部電極４３も細長い形状を有する。したがって、そのような形状を有する上部電極４３に、ＦＰＣ５０の配線５１をしっかりボンディングするには、上部電極４３と配線５１とがボンディングされる部分の長さが、十分に長く確保されねばならない。実質的に、従来のインクジェットプリントヘッドにおいて、上部電極４２は、圧力チャンバ１１に比べて約２倍の長さである。
【０００８】
それにより、圧電膜４２の長さは、圧力チャンバ１１の長さほどになれば良いにもかかわらず、上部電極４３と下部電極４１との絶縁、及び上部電極４３の支持のために、上部電極４３の長さより長くなければならないため、その面積が不必要に広くなる。そのように、圧電膜４２の面積が広くなれば、キャパシタンスが増加するため、アクチュエータ４０駆動時に負荷が大きくなり、更にアクチュエータ４０の応答速度が遅くなるという問題点が発生する。
【０００９】
そして、上部電極４３は、通常的に、圧電膜４２の上面にペースト状の導電性の金属物質を、スクリーンプリンティングにより所定の厚さに塗布した後に焼結することで形成されるため、その表面が粗く且つ組織が緻密ではない。したがって、前記したように、上部電極４３とＦＰＣ５０とが十分な長さを有してボンディングされても、それらの間のボンディング力が十分に強くないため、長期間の駆動時には、上部電極４３とＦＰＣ５０とが分離される可能性が高いという問題点もあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記のような従来技術の問題点を鑑みてなされたものであって、特に、圧電膜の面積を減らして応答速度を上げ得、電圧印加用の駆動回路を更にしっかり且つ安定的に連結できる構造を有するインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータ、及びその形成方法を提供するところにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の技術的課題を達成するための本発明に係るインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータは、圧力チャンバを有する流路形成基板の上部に形成されて、前記圧力チャンバにインク吐出のための駆動力を提供するインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータにおいて、前記流路形成基板上に形成される下部電極と、前記流路形成基板上に前記下部電極と絶縁されるように形成され、その上面に電圧印加用の駆動回路がボンディングされるボンディングパッドと、前記圧力チャンバに対応する位置の前記下部電極上に形成され、その一端は、前記ボンディングパッドの上側まで延びた圧電膜と、前記圧電膜上に形成され、その一端は、前記圧電膜の一端を越えて、前記ボンディングパッドの上面に接触されるように延びた上部電極と、を備え、前記ボンディングパッドは、前記下部電極の上面から、前記流路形成基板の所定の深さまで形成されたトレンチにより取り囲まれて画定され、前記トレンチの内面と、前記トレンチの下端に形成された前記トレンチの幅よりも広い幅を有するキャビティの内面とに絶縁膜が形成されることによって、前記下部電極と絶縁されることを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記絶縁膜は、シリコン酸化膜からなりうる。
【００１４】
そして、前記流路形成基板と前記下部電極との間には、絶縁膜としてシリコン酸化膜が形成されうる。
【００１５】
また、前記下部電極と前記ボンディングパッドは、同じ平面上に形成され、同じ金属物質からなりうる。
【００１６】
また、前記ボンディングパッドは、四角形状を有するように画定され、その幅は、前記圧電膜の幅より広いことが好ましい。
【００１７】
そして、本発明に係る圧電アクチュエータの形成方法は、圧力チャンバを有する流路形成基板の上部に形成されて、前記圧力チャンバにインクの吐出のための駆動力を提供するインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータの形成方法において、（Ａ）前記流路形成基板上に、絶縁膜としてシリコン酸化膜を形成する段階と、（Ｂ）前記流路形成基板上に形成されたシリコン酸化膜を所定のパターンでパターニングする段階と、（Ｃ）前記パターニングされたシリコン酸化膜を介して露出された前記流路形成基板を所定の深さにエッチングしてトレンチを形成する段階と、（Ｄ）前記トレンチの内面にシリコン酸化膜を形成する段階と、（Ｅ）前記トレンチの底面において、前記トレンチの内面に形成されたシリコン酸化膜をエッチングする段階と、（Ｆ）前記トレンチの底面に露出された前記流路形成基板をエッチングして、前記トレンチの幅よりも広い幅を有するキャビティを形成する段階と、（Ｇ）前記キャビティの内面にシリコン酸化膜を形成する段階と、（Ｈ）前記流路形成基板上に形成されたシリコン酸化膜上に導電性の金属物質を蒸着することで、前記トレンチの外側に下部電極を形成し、前記トレンチの内側に、前記トレンチにより取り囲まれて画定され、前記トレンチと前記キャビティとにより、前記下部電極と絶縁されるボンディングパッドを形成する段階と、（Ｉ）前記圧力チャンバに対応する位置の前記下部電極上に圧電膜を形成しつつ、前記圧電膜の一端を、前記ボンディングパッドの上側まで延設する段階と、（Ｊ）前記圧電膜上に上部電極を形成しつつ、前記上部電極の一端を、前記圧電膜の一端を越えて前記ボンディングパッドの上面に接触されるように延設する段階と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
前記（Ｉ）段階で、前記圧電膜は、前記圧力チャンバに対応する位置の前記下部電極の上面と、前記ボンディングパッドの上面の一部とに、ペースト状の圧電物質をスクリーンプリンティングした後に焼結することで形成されうる。
【００２１】
前記（Ｊ）段階で、前記上部電極は、前記圧電膜の上面と、前記ボンディングパッドの上面の一部とに、ペースト状の導電性の金属物質をスクリーンプリンティングした後に焼結することで形成されうる。
【００２２】
前記した本発明によれば、圧電膜の面積が減ってアクチュエータの応答速度が速くなり、アクチュエータに電圧印加用の駆動回路を更にしっかり、安定的且つ容易に連結できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係るインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータによれば、流路形成基板上に、下部電極とは絶縁されたボンディングパッドが設けられることで、そのボンディングパッドを介して、上部電極と電圧印加用の駆動回路とを電気的に連結できるため、圧電膜の面積を減らし得る。それにより、圧電膜のキャパシタンスが減少し、圧電膜の電気的な負荷が低くなるため、アクチュエータの応答速度が速くなり、且つその耐久性が向上する。また、速くなった応答速度により、ノズルを介して吐出されるインク液滴の速度が速くなるため、駆動周波数を上げうる。
【００２４】
そして、本発明によれば、導電性の金属物質からなるボンディングパッドに駆動回路をボンディングすることで、アクチュエータと駆動回路との連結が更にしっかり、安定的且つ容易に行われ得るため、耐久性が向上しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。以下の図面で、同じ参照符号は同じ構成要素を示し、図面上で各構成要素の大きさは、説明の明瞭性及び便宜上、誇張されていることもある。また、一層が、基板や他層上に存在すると説明される時、その層は、基板や他層に直接に接しつつ、その上に存在することもあり、それらの間に第３の層が存在することもある。
【００２６】
図２は、本発明の好ましい第１実施例に係るインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータの構造を示した平面図であり、図３は、図２に示された圧電膜の長手方向に沿う本発明の好ましい第１実施例に係る圧電アクチュエータの構造を示した垂直断面図である。
【００２７】
図２及び図３を共に参照すれば、本発明の第１実施例に係るインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータ１４０は、圧力チャンバ１１１が形成された流路形成基板１１０の上部に形成されて、前記圧力チャンバ１１１にインクの吐出のための駆動力を提供する役割を行う。そのような圧電アクチュエータ１４０は、共通電極の役割を行う下部電極１４１と、電圧の印加によって変形される圧電膜１４２と、駆動電極の役割を行う上部電極１４３と、を備え、下部電極１４１、圧電膜１４２及び上部電極１４３が流路形成基板１１０上に順次に積層された構造を有する。特に、本発明に係る圧電アクチュエータ１４０には、上部電極１４３に電圧印加用の駆動回路を電気的に連結するためのボンディングパッド１４４が設けられる。
【００２８】
前記したように、圧電方式のインクジェットプリントヘッドには、インク流路が形成されており、前記インク流路は、吐出されるインクが満たされる圧力チャンバ１１１と、前記圧力チャンバ１１１にインクを供給するためのマニホールド１１３及びリストリクター１１２と、圧力チャンバ１１１からインクを吐出させるためのノズル１２２と、を含む。そのように構成されるインク流路は、流路形成基板１１０とノズル基板１２０に形成される。そして、圧力チャンバ１１１の上部には、圧電アクチュエータ１４０の駆動により変形される振動板１１４が設けられる。
【００２９】
図２及び図３に示されたインク流路の構成は、単に一例に過ぎない。すなわち、圧電方式のインクジェットプリントヘッドには、多様な構成のインク流路が設けられ、そのようなインク流路は、図３に示された二つの基板１１０、１２０だけでなく、それより多い複数の基板を使用して形成されうる。言い換えれば、本発明は、インク流路の構成に特徴があるのではなく、圧力チャンバ１１１が形成された流路形成基板１１０上に設けられる圧電アクチュエータ１４０の構成に特徴がある。
【００３０】
前記した圧電アクチュエータ１４０の下部電極１４１は、圧力チャンバ１１１が形成された流路形成基板１１０上に形成される。そして、前記流路形成基板１１０がシリコンウエハーからなる場合には、流路形成基板１１０と下部電極１４１との間に、絶縁膜としてシリコン酸化膜１３１が形成されうる。前記下部電極１４１は、導電性を有する金属物質からなる。そのような下部電極１４１は、一つの金属層からなりうるが、Ｔｉ層及びＰｔ層の二層の金属層からなることが好ましい。そのように、Ｔｉ／Ｐｔ層からなる下部電極１４１は、共通電極の役割を行うだけでなく、その上に形成される圧電膜１４２と、その下の流路形成基板１１０との間の相互拡散を防止する拡散防止層の役割も担う。
【００３１】
前記ボンディングパッド１４４は、上部電極１４３と電圧印加用の駆動回路、例えばＦＰＣ１５０とを電気的に連結するためのものであって、その上面には、ＦＰＣ１５０の配線１５１がボンディングされる。前記ボンディングパッド１４４は、圧力チャンバ１１１に隣接するように配置され、下部電極１４１と同じ平面上に、すなわち前記シリコン酸化膜１３１上に、下部電極１４１とは絶縁されるように形成される。前記ボンディングパッド１４４と下部電極１４１は、後述する製造方法で説明されるように、同じ物質からなりうる。そのようなボンディングパッド１４４は、下部電極１４１の上面から、流路形成基板１１０の所定の深さまで形成されたトレンチ１３４により取り囲まれて、例えば四角形状を有するように画定されうる。その時、ボンディングパッド１４４の幅は、上部電極１４３の幅より広く、好ましくは、圧電膜１４２の幅より広く画定されうる。そして、ボンディングパッド１４４は、前記トレンチ１３４と、トレンチ１３４の下端に形成されたキャビティ１３５とにより、下部電極１４１と絶縁されうる。それについては、後述する製造方法で詳細に説明する。
【００３２】
前記圧電膜１４２は、下部電極１４１上に形成され、圧力チャンバ１１１に対応する位置に配置される。そして、前記圧電膜１４２の一端は、前記したボンディングパッド１４４の上側まで延びる。そのような圧電膜１４２は、圧電物質、好ましくはＰＺＴ（Ｌｅａｄ Ｚｉｒｃｏｎａｔｅ Ｔｉｔａｎａｔｅ）セラミック材料からなりうる。
【００３３】
前記上部電極１４３は、圧電膜１４２に電圧を印加する駆動電極の役割を行うものであって、圧電膜１４２上に形成される。そして、上部電極１４３の一端は、前記圧電膜１４２の一端を越えて、ボンディングパッド１４４の上面に接触されるように延びる。したがって、上部電極１４３の一端部とボンディングパッド１４４は、電気的に連結される。
【００３４】
前記したような構造を有する本発明の第１実施例に係る圧電アクチュエータ１４０では、流路形成基板１１０上に、下部電極１４１とは絶縁されたボンディングパッド１４４が設けられることで、そのボンディングパッド１４４を介して、上部電極１４３とＦＰＣ１５０の配線１５１とを電気的に連結できる。したがって、従来とは違って、圧電膜１４２を長く形成する必要がないため、圧電膜１４２の面積を減少し得る。そのように、圧電膜１４２の面積が減少すれば、圧電膜１４２のキャパシタンスが低下し、圧電膜１４２の電気的な負荷が低くなる。したがって、アクチュエータ１４０の応答速度が速くなり、且つその耐久性が向上し、速くなった応答速度によって、ノズル１２２を介して吐出されるインク液滴の速度が速くなるため、駆動周波数を上げうる。
【００３５】
そして、ボンディングパッド１４４は、導電性の金属物質からなるため、その表面が平坦且つ組織が緻密である。したがって、ボンディングパッド１４４とＦＰＣ１５０とのボンディングが、更にしっかり且つ安定的に行われうるため、プリントヘッドの耐久性が向上しうる。また、ボンディングパッド１４４は、上部電極１４３の幅より広い幅を有するように形成されうるため、ボンディングパッド１４４とＦＰＣ１５０とのボンディング面積が従来より広くなるため、ボンディングの強度が強くなり得、ボンディングパッド１４４とＦＰＣ１５０とのボンディングが、従来に比べて容易に行われ得る。
【００３６】
図４は、本発明の好ましい第２実施例に係る圧電アクチュエータの構造を示した垂直断面図である。本実施例に係る圧電アクチュエータは、ボンディングパッドを取り囲むトレンチの構造を除いては、前記した第１実施例と同じであり、その平面構造は、図２に示されたものと同じである。したがって、以下では、前記した第１実施例と同じ部分については、その説明を省略するか、または簡略に説明する。
【００３７】
図４を参照すれば、本発明の第２実施例に係る圧電アクチュエータ２４０も、共通電極の役割を行う下部電極２４１と、電圧の印加によって変形される圧電膜２４２と、駆動電極の役割を行う上部電極２４３と、上部電極２４３に電圧印加用の駆動回路を電気的に連結するためのボンディングパッド２４４と、を備える。
【００３８】
前記下部電極２４１は、圧力チャンバ１１１、マニホールド１１３及びリストリクター１１２が形成された流路形成基板１１０上に形成され、Ｔｉ層及びＰｔ層の二層の金属層からなりうる。そして、前記流路形成基板１１０がシリコンからなる場合には、前記した第１実施例でのように、流路形成基板１１０と下部電極２４１のとの間に、絶縁膜としてシリコン酸化膜１３１が形成されうる。
【００３９】
前記ボンディングパッド２４４は、上部電極２４３と電圧印加用のＦＰＣ１５０とを電気的に連結するためのものであって、その上面には、ＦＰＣ１５０の配線１５１がボンディングされる。前記ボンディングパッド２４４は、圧力チャンバ１１１に隣接するように配置され、下部電極２３１と同じ平面上に、すなわち前記シリコン酸化膜１３１上に、下部電極２４１とは絶縁されるように形成される。前記ボンディングパッド２４４と下部電極２４１は、同じ物質からなりうる。本発明の第２実施例において、前記ボンディングパッド２４４は、下部電極２４１を貫通するように形成されたトレンチ２３４により取り囲まれて、例えば四角形状を有するように画定され、更に前記トレンチ２３４により下部電極２４１と絶縁される。その時、ボンディングパッド２４４の幅は、上部電極２４３の幅より広く、好ましくは、圧電膜２４２の幅より広く画定されうる。
【００４０】
そのように、本発明の第２実施例に係る圧電アクチュエータ２４０においては、前記した第１実施例とは違って、ボンディングパッド２４４を下部電極２４１から絶縁させるトレンチ２３４が、下部電極２４１のみに形成される。
【００４１】
前記圧電膜２４２は、下部電極２４１上に形成され、圧力チャンバ１１１に対応する位置に配置される。そして、前記圧電膜２４２の一端は、前記したボンディングパッド２４４の上側まで延びる。
【００４２】
前記上部電極２４３は、圧電膜２４２上に形成され、その一端は、圧電膜２４２の一端を越えて、ボンディングパッド２４４の上面に接触されるように延びる。
【００４３】
前記したような構造を有する本発明の第２実施例に係る圧電アクチュエータ２４０では、更に簡単な構造により、ボンディングパッド２４４と下部電極２４１との絶縁が行われ得る。そして、本発明の第２実施例に係る圧電アクチュエータ２４０は、前記した第１実施例でのような長所を有するため、それについての説明は省略する。
【００４４】
以下では、添付図面を参照して、本発明に係るインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータを形成する方法を説明する。
【００４５】
図５Ａないし図５Ｊは、図３に示された本発明の第１実施例に係る圧電アクチュエータの形成方法を段階的に示す断面図である。
【００４６】
図５Ａを参照すれば、まず、インク流路、すなわち圧力チャンバ１１１、マニホールド１１３及びリストリクター１１２が形成され、振動板１１４を有する流路形成基板１１０を準備する。そのような流路形成基板１１０は、シリコンウエハーをその底面から所定の深さにエッチングして、圧力チャンバ１１１などのインク流路を形成することで準備されうる。
【００４７】
そのように、準備された流路形成基板１１０の上面に、絶縁膜としてシリコン酸化膜１３１を形成する。具体的に、シリコン酸化膜１３１は、プラズマ化学気相蒸着（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＥＣＶＤ）により形成されうる。
【００４８】
次いで、シリコン酸化膜１３１の全面にフォトレジストＰＲを塗布し、それを所定のパターンでパターニングする。フォトレジストＰＲのパターニングは、露光及び現像を含む公知のフォトリソグラフィ工程により行われ得る。その時、フォトレジストＰＲは、図２に示されたトレンチ１３４の形状によりパターニングされる。
【００４９】
次に、図５Ｂに示されたように、パターニングされたフォトレジストＰＲをエッチングマスクとして使用してシリコン酸化膜１３１をエッチングすることで、トレンチ１３４を形成するための開口部１３４ａを形成する。
【００５０】
図５Ｃは、流路形成基板１１０にトレンチ１３４を形成した状態を示したものである。具体的に、フォトレジストＰＲをストリップした後、シリコン酸化膜１３１をエッチングマスクとして使用して、流路形成基板１１０を所定の深さにエッチングすることで、トレンチ１３４を形成する。その時、流路形成基板１１０のエッチングは、異方性乾式エッチング、例えば反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）により行われ得る。
【００５１】
一方、前記でフォトレジストＰＲをストリップした後、シリコン酸化膜１３１をエッチングマスクとして使用して流路形成基板１１０をエッチングすると図示及び説明されたが、フォトレジストＰＲをエッチングマスクとして使用して、流路形成基板１１０をエッチングした後にフォトレジストＰＲをストリップすることもできる。
【００５２】
次に、図５Ｄに示されたように、流路形成基板１１０の上面とトレンチ１３４の内面に、再びシリコン酸化膜１３１を蒸着する。その時にも、シリコン酸化膜１３１の蒸着は、ＰＥＣＶＤにより行われ得る。それにより、図５Ｄに示されたように、流路形成基板１１０の上面に形成されたシリコン酸化膜１３１は、その厚さが厚くなり、トレンチ１３４の内面には、更に薄いシリコン酸化膜１３１が形成される。
【００５３】
次いで、図５Ｅに示されたように、トレンチ１３４の内部の底面に形成されたシリコン酸化膜１３１をエッチングして流路形成基板１１０を露出させる。具体的に、イオンビームエッチング（Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＩＢＥ）による異方性乾式エッチングによりシリコン酸化膜１３１を全面的にエッチングすれば、流路形成基板１１０の上面に厚く形成されたシリコン酸化膜１３１は、その厚さが薄くなり、トレンチ１３４の側面に形成されたシリコン酸化膜１３１は、ほぼエッチングされずに残存する一方、トレンチ１３４の底面に薄く形成されたシリコン酸化膜１３１は、完全にエッチングされることで、流路形成基板１１０が露出される。
【００５４】
図５Ｆは、トレンチ１３４の下端にキャビティ１３５を形成した状態を示したものである。具体的に、トレンチ１３４の底面に露出された流路形成基板１１０を、トレンチ１３４を介してＳＦ６ガスを注入して等方性エッチングする。それにより、図５Ｆに示されたように、トレンチ１３４の下端にトレンチ１３４の幅より広いキャビティ１３５が形成され、そのキャビティ１３５は、ほぼ円形の断面を有する。
【００５５】
次に、図５Ｇに示されたように、流路形成基板１１０を熱酸化させて、キャビティ１３５の内面にもシリコン酸化膜１３１を形成する。
【００５６】
図５Ｈは、シリコン酸化膜１３１上に、下部電極１４１とボンディングパッド１４４とを形成した状態を示したものである。前記したように、下部電極１４１とボンディングパッド１４４は、導電性の金属物質からなり、好ましくは、Ｔｉ層及びＰｔ層の二層の金属層からなりうる。具体的に、シリコン酸化膜１３１の全面に導電性の金属物質を、スパッタリングにより所定の厚さに蒸着する。それにより、図５Ｈに示されたように、流路形成基板１１０の上面とトレンチ１３４内部の側面とには、前記金属物質が蒸着されるが、キャビティ１３５内部の側面には、前記金属物質が蒸着されない。したがって、金属物質は、トレンチ１３４により取り囲まれた部分と、トレンチ１３４の外側に形成された部分とが互いに絶縁される。ここで、トレンチ１３４の外側に形成された金属物質層は、下部電極１４１をなし、トレンチ１３４により取り囲まれた金属物質層は、ボンディングパッド１４４をなす。そのように、本発明によれば、下部電極１４１とボンディングパッド１４４は、同じ物質で同じ平面上に形成されても、前記トレンチ１３４とキャビティ１３５により、互いに絶縁されうる。
【００５７】
次に、図５Ｉに示されたように、ペースト状の圧電物質を、下部電極１４１上にスクリーンプリンティングにより所定厚さに塗布することで、圧電膜１４２を形成する。前記圧電膜１４２は、圧力チャンバ１１１に対応する位置に形成され、その一端が、前記一ボンディングパッド１４４の上側まで延びるように形成される。その時、圧電物質はペースト状であるため、ボンディングパッド１４４を取り囲むトレンチ１３４の内部にほとんど浸透しない。そして、前記圧電物質としては、多様なものが使用されうるが、好ましくは、ＰＺＴセラミック材料が使用されうる。
【００５８】
図５Ｊは、圧電膜１４２上に上部電極１４３を形成することで、本発明の第１実施例に係る圧電アクチュエータ１４０を完成した状態を示したものである。具体的に、上部電極１４３は、圧電膜１４２上に導電性の金属物質、例えばＡｇ−Ｐｄペーストをスクリーンプリンティングすることで形成されうる。その時、上部電極１４３の一端は、圧電膜１４２の一端を越えて、ボンディングパッド１４４の上面に接触されるように延設される。
【００５９】
次いで、圧電膜１４２と上部電極１４３とを所定の温度、例えば９００〜１，０００℃で焼結させた後、圧電膜１４２に電界を加えて圧電特性を発生させるポーリング工程を経れば、本発明の第１実施例に係る圧電アクチュエータ１４０が完成する。
【００６０】
図６Ａないし図６Ｅは、図４に示された本発明の第２実施例に係る圧電アクチュエータの形成方法を段階的に示す断面図である。以下で説明される製造方法において、前記した製造方法と同じ部分については簡略に説明する。
【００６１】
図６Ａを参照すれば、圧力チャンバ１１１と振動板１１４とを有する流路形成基板１１０の上面に、ＰＥＣＶＤにより、絶縁膜としてシリコン酸化膜１３１を形成する。
【００６２】
次いで、６Ｂに示されたように、シリコン酸化膜１３１上に下部電極２４１を形成する。具体的に、下部電極２４１は、前記したように、Ｔｉ層及びＰｔ層の二層の金属層からなりうる。そのような下部電極２４１は、シリコン酸化膜１３１の全面に、Ｔｉ及びＰｔをそれぞれスパッタリングにより所定の厚さに蒸着することで形成されうる。
【００６３】
次いで、下部電極２４１の全面にフォトレジストＰＲを塗布し、それをフォトリソグラフィにより所定のパターンでパターニングする。
【００６４】
次いで、図６Ｃに示されたように、パターニングされたフォトレジストＰＲをエッチングマスクとして使用して、下部電極２４１を貫通されるようにエッチングすることでトレンチ２３４を形成する。それにより、トレンチ２３４により取り囲まれて、下部電極２４１とは絶縁されるボンディングパッド２４４が定義される。
【００６５】
そのように、本実施例によれば、前記した実施例に比べて更に簡単な工程で、ボンディングパッド２４４を下部電極２４１から絶縁させうる。
【００６６】
図６Ｄは、下部電極２４１上に圧電膜２４２を形成した状態を示したものである。そのような圧電膜２４２の形成方法は、前記した実施例と同じである。すなわち、前記圧電膜２４２は、圧力チャンバ１１１に対応する位置に形成され、その一端は、前記したボンディングパッド２４４の上側まで延設される。
【００６７】
図６Ｅは、圧電膜２４２上に上部電極２４３を形成した状態を示したものである。ここで、上部電極２４３の形成方法は、前記した実施例と同じである。すなわち、上部電極２４３の一端は、圧電膜２４２の一端を越えて、ボンディングパッド２４４の上面に接触されるように延設される。
【００６８】
次いで、圧電膜２４２と上部電極２４３の焼結工程と、圧電膜２４２のフォーリング工程とを経れば、図６Ｅに示されたように、本発明の第２実施例に係る圧電アクチュエータ２４０が完成する。
【００６９】
以上、本発明の好ましい実施例を詳細に説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるという点が理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決まらねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、圧電膜の面積を減らして応答速度を上げ得、電圧印加用の駆動回路を更にしっかり且つ安定的に連結できる構造を有するインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータ、及びその形成方法とにかかわり、圧電方式のインクジェットプリントヘッドに効果的に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１Ａ】従来の圧電方式のインクジェットプリントヘッドの一般的な構成を示した平面図である。
【図１Ｂ】従来の圧電方式のインクジェットプリントヘッドの一般的な構成を示した圧電膜の長手方向に沿う垂直断面図である。
【図２】本発明の好ましい第１実施例に係るインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータの構造を示した平面図である。
【図３】図２に示された圧電膜の長手方向に沿う本発明の好ましい第１実施例に係る圧電アクチュエータの構造を示した垂直断面図である。
【図４】本発明の好ましい第２実施例に係る圧電アクチュエータの構造を示した垂直断面図である。
【図５Ａ】図３に示された本発明の第１実施例に係る圧電アクチュエータの形成方法を段階的に示す断面図である。
【図５Ｂ】図３に示された本発明の第１実施例に係る圧電アクチュエータの形成方法を段階的に示す断面図である。
【図５Ｃ】図３に示された本発明の第１実施例に係る圧電アクチュエータの形成方法を段階的に示す断面図である。
【図５Ｄ】図３に示された本発明の第１実施例に係る圧電アクチュエータの形成方法を段階的に示す断面図である。
【図５Ｅ】図３に示された本発明の第１実施例に係る圧電アクチュエータの形成方法を段階的に示す断面図である。
【図５Ｆ】図３に示された本発明の第１実施例に係る圧電アクチュエータの形成方法を段階的に示す断面図である。
【図５Ｇ】図３に示された本発明の第１実施例に係る圧電アクチュエータの形成方法を段階的に示す断面図である。
【図５Ｈ】図３に示された本発明の第１実施例に係る圧電アクチュエータの形成方法を段階的に示す断面図である。
【図５Ｉ】図３に示された本発明の第１実施例に係る圧電アクチュエータの形成方法を段階的に示す断面図である。
【図５Ｊ】図３に示された本発明の第１実施例に係る圧電アクチュエータの形成方法を段階的に示す断面図である。
【図６Ａ】図４に示された本発明の第２実施例に係る圧電アクチュエータの形成方法を段階的に示す断面図である。
【図６Ｂ】図４に示された本発明の第２実施例に係る圧電アクチュエータの形成方法を段階的に示す断面図である。
【図６Ｃ】図４に示された本発明の第２実施例に係る圧電アクチュエータの形成方法を段階的に示す断面図である。
【図６Ｄ】図４に示された本発明の第２実施例に係る圧電アクチュエータの形成方法を段階的に示す断面図である。
【図６Ｅ】図４に示された本発明の第２実施例に係る圧電アクチュエータの形成方法を段階的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１１１  圧力チャンバ
１１２  リストリクター
１１３  マニホールド
１３４  トレンチ
１４０  圧電アクチュエータ
１４１  下部電極
１４２  圧電膜
１４３  上部電極
１４４  ボンディングパッド
１５０  ＦＰＣ
１５１  ＦＰＣの配線
【図１Ａ】
0004638750.tif 000002
【図１Ｂ】
0004638750.tif 000003
【図２】
0004638750.tif 000004
【図３】
0004638750.tif 000005
【図４】
0004638750.tif 000006
【図５Ａ】
0004638750.tif 000007
【図５Ｂ】
0004638750.tif 000008
【図５Ｃ】
0004638750.tif 000009
【図５Ｄ】
0004638750.tif 000010
【図５Ｅ】
0004638750.tif 000011
【図５Ｆ】
0004638750.tif 000012
【図５Ｇ】
0004638750.tif 000013
【図５Ｈ】
0004638750.tif 000014
【図５Ｉ】
0004638750.tif 000015
【図５Ｊ】
0004638750.tif 000016
【図６Ａ】
0004638750.tif 000017
【図６Ｂ】
0004638750.tif 000018
【図６Ｃ】
0004638750.tif 000019
【図６Ｄ】
0004638750.tif 000020
【図６Ｅ】
0004638750.tif 000021