(57)【要約】【課題】端面が十分な強度を備えた薄化基板を提供する。【解決手段】貫通電極３００を備えた基板であって、前記基板の端面が前記貫通電極３００と同一の金属からなる外周部パターン３５０に被覆されている。【選択図】図３
2007331303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通電極を備えた基板であって、前記貫通電極と前記基板との間に第１の絶縁層が設けられ、前記基板の端部に、前記第１の絶縁層と同一材料からなる第２の絶縁層が設けられていることを特徴とする基板。
【請求項２】
貫通電極を備えた基板であって、前記基板の端部が前記貫通電極と同一の材料からなる層によって被覆されていることを特徴とする基板。
【請求項３】
貫通電極を備えた基板であって、前記貫通電極と前記基板との間に第１の絶縁層が設けられ、前記基板の端部に、前記第１の絶縁層と同一材料からなる第２の絶縁層が設けられ、前記第２の絶縁層が前記貫通電極と同一の材料からなる層によって被覆されていることを特徴とする基板。
【請求項４】
貫通電極を備えた基板の製造方法であって、
基板を切削して該基板を薄化する工程と、
前記薄化された基板に貫通穴を形成する工程と、
前記貫通穴の内壁と前記基板の端部とに絶縁層を同時に形成する工程と、
前記貫通穴内に電極材料を充填して前記貫通電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする基板製造方法。
【請求項５】
前記貫通穴内に電極材料を充填して前記貫通電極を形成する際に、前記基板端面に形成されている前記絶縁層の上に前記電極材料からなる層を重ねて形成することを特徴とする請求項５記載の基板製造方法。
【請求項６】
前記絶縁層を蒸着重合法によって形成することを特徴とする請求項４または請求項５記載の基板製造方法。
【請求項７】
貫通電極を備えた基板の製造方法であって、
基板を切削して該基板を薄化する工程と、
前記薄化された基板に貫通穴を形成する工程と、
前記貫通穴内に電極材料を充填して前記貫通電極を形成すると同時に、前記基板の端部に前記電極材料からなる層を形成する工程と、
を有することを特徴とする基板製造方法。
【請求項８】
基板に、少なくとも貫通電極、発熱抵抗体、インク流路及びインク吐出口が設けられ、前記発熱抵抗体の発熱によるインクの発泡を利用してインクを吐出するインクジェット記録ヘッド用基板であって、
前記貫通電極と前記基板との間に第１の絶縁層が設けられ、前記基板の端面に、前記第１の絶縁層と同一材料からなる第２の絶縁層が設けられていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基板。
【請求項９】
基板に、少なくとも貫通電極、発熱抵抗体、インク流路及びインク吐出口が設けられ、前記発熱抵抗体の発熱によるインクの発泡を利用してインクを吐出するインクジェット記録ヘッド用基板であって、
前記基板の端面が前記貫通電極と同一の金属によって被覆されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基板。
【請求項１０】
基板に、少なくとも貫通電極、発熱抵抗体、インク流路及びインク吐出口が設けられ、前記発熱抵抗体の発熱によるインクの発泡を利用してインクを吐出するインクジェット記録ヘッド用基板であって、
前記貫通電極と前記基板との間に第１の絶縁層が設けられ、前記基板の端面に、前記第１の絶縁層と同一材料からなる第２の絶縁層が設けられ、前記第２の絶縁層が前記貫通電極と同一の金属からなる金属層によって被覆されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基板。
【請求項１１】
少なくとも貫通電極、発熱抵抗体、インク流路及びインク吐出口が設けられた基板を備え、前記発熱抵抗体の発熱によるインクの発泡を利用して前記インク吐出口からインクを吐出させることによって、記録媒体に対して記録を行うインクジェット記録ヘッドであって、
前記基板の端面が前記貫通電極と同一の金属によって被覆されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項１２】
少なくとも貫通電極、発熱抵抗体、インク流路及びインク吐出口が設けられた基板を備え、前記発熱抵抗体の発熱によるインクの発泡を利用して前記インク吐出口からインクを吐出させることによって、記録媒体に対して記録を行うインクジェット記録ヘッドであって、
前記貫通電極と前記基板との間に第１の絶縁層が設けられ、前記基板の端面に、前記第１の絶縁層と同一材料からなる第２の絶縁層が設けられ、前記第２の絶縁層が前記貫通電極と同一の金属からなる金属層によって被覆されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貫通電極を備えた基板、貫通電極を備えたインクジェット記録ヘッド用基板、およびインクジェット記録ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、駆動素子の実装領域を低減するために、基板の表裏面に貫通する貫通電極を形成することが記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、ワイドアレープリントヘッドの実装領域を低減するために、基板の表裏面に貫通する貫通電極を形成することが記載されている。
【０００４】
さらに、発熱抵抗体に対して垂直方向に液滴を吐出する形態の記録ヘッドでは、基板の吐出口面に設けられた電極と外部配線板とが吐出口面において接続される。従って、電極と外部配線板との接合部が吐出口と該吐出口から吐出された液滴が着弾する記録紙との間に存在することとなり、印字性能に影響を与える結果となる。例えば、接合部の厚みが厚くなると（高さが高くなると）、吐出口と記録紙との間の距離が長くなり、液滴の着弾精度が低下する。そこで、特許文献３には、接合部を扁平形状にして高さを低くすることが記載されている。しかしながら、接合部の厚み（高さ）を零にすることは不可能である。そこで、基板の吐出口面から反対側の面に貫通する貫通電極を設け、基板の吐出口面と反対側の面において外部配線板との電気接続を確保することが提案されている
【特許文献１】特開２００２−６７３２８号公報
【特許文献２】特開２０００−５２５４９号公報
【特許文献３】特公平８−２５２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
基板に貫通電極を形成するためには、レーザ、ドライエッチング等によって基板に貫通穴を形成する必要がある。しかし、基板の厚みが厚くなるほど、貫通穴の精度や垂直性の確保が困難となり、基板上に貫通電極を高密度で配列することが難しくなった。また、基板の厚みが厚いと、貫通穴の加工に時間がかかり、コストがアップすることがあった。
【０００６】
さらに、貫通電極は、基板に形成した貫通穴にメッキ等を充填して形成するが、基板が厚くなるほど、穴径に対して深さが深くなる。このため、メッキを効率良く充填するためには穴径を大きくする必要があり、やはり貫通電極の高密化が阻害される。
【０００７】
貫通電極を高密度で配列することが出来なければ、貫通電極のメリットの一つである、電力配線を外部配線板に落とすことが出来なくなり、基板の小チップ化が難しくなり、基板のコストがアップする可能性がある。
【０００８】
また、貫通電極と同様に基板を貫通するインク供給口は、エッチングによって形成されるが、基板が厚いと、インク供給口の形成精度が低下する。この結果、発熱抵抗体とインク供給口との間の寸法のバラツキが大きくなり、吐出性能のバラツキが大きくなり、印字性能が悪くなる。また、エッチングに時間がかかるので加工コストが増大する。
【０００９】
これまで説明した貫通電極及びインク供給口の形成に関する課題をまとめると、次の通りである。すなわち、貫通電極やインク供給口が形成される基板の厚みが厚いと、精度及びコストの両面において不都合が発生する。
【００１０】
上記不都合を解決するために、発熱抵抗体や電極を形成する前に基板を薄化することがある。しかし、発熱抵抗体や電極の形成前に基板を薄化すると、発熱抵抗体等の形成過程における真空成膜時に基板温度が上昇した際に、基板のそりや破損等の虞がある。また、基板に電気素子を作り込む過程には、拡散等の高温プロセスが存在し、真空成膜時よりも基板が高温になり、基板のそりや破損等の虞が一層高まる。
【００１１】
そこで、基板上に発熱抵抗体と電極を形成した後に基板を薄化し、その後、貫通電極を形成することが提案されている。さらに、貫通電極を形成した後に、ノズルを形成し、その後にインク供給口を形成することが提案されている。
【００１２】
しかしながら、基板を薄化した後の工程中に基板が割れることがしばしばあった。その原因を詳細に解析したところ、薄化工程を経た基板９００の端面９０１は図１３に示すように鋭角になっており、そこに基板突き当てやハンドリングで機械的な力が作用し、欠けやクラックが発生することが判明した。さらに、端面９０１に欠けやクラックが発生すると、その後の基板９００の搬送やハンドリングで該基板９００に僅かな力が作用しただけで基板９００が割れることも判明した。
【００１３】
そこで、基板の端面を追加工することによって、上記課題を解決することが考えられる。しかし、基板の端面を追加工すると、基板サイズが小さくなり、通常の基板工程で扱えなくなるといった新たな課題が発生する。従って、追加工を行うことなく、薄化後の基板端面の強度向上を図る必要がある。
【００１４】
さらには、基板に貫通電極を形成した後にノズルを形成し、その後インク供給口を形成する場合であって、かつ、ノズル形成工程に露光工程が含まれる場合には、さらに別の課題が存在することも判明した。すなわち、図１４に示すように、貫通電極９０２の凸凹が原因となり、基板９００の外周部をステージ９０３に機械的に押さえて固定する方式の場合にはもちろんのこと、基板９００を真空吸着によって固定する場合にもリークが発生する。この結果、基板９００を固定する力が不十分となり、露光時に基板９００が歪んでしまい、基板表面において、十分な解像度で結像させることが出来ないという問題が生じる。
【００１５】
本発明の目的は、上記課題の少なくとも一つを解決することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の基板は、貫通電極を備えた基板であって、前記貫通電極と前記基板との間に第１の絶縁層が設けられ、前記基板の端面に、前記第１の絶縁層と同一材料からなる第２の絶縁層が設けられている。
【００１７】
本発明の基板製造方法は、貫通電極を備えた基板の製造方法であって、基板を切削して該基板を薄化する工程と、前記薄化された基板に貫通穴を形成する工程を有する。さらに、前記貫通穴の内壁と前記基板の端部とに絶縁層を同時に形成する工程と、前記貫通穴内に電極材料を充填して前記貫通電極を形成する工程と、を有する。
【００１８】
本発明のインクジェット記録ヘッド用基板は、基板に、少なくとも貫通電極、発熱抵抗体、インク流路及びインク吐出口が設けられ、前記発熱抵抗体の発熱によるインクの発泡を利用してインクを吐出する。そして、前記貫通電極と前記基板との間には、第１の絶縁層が設けられ、前記基板の端面には、前記第１の絶縁層と同一材料からなる第２の絶縁層が設けられている。
【００１９】
本発明のインクジェット記録ヘッドは、上記本発明のインクジェット記録ヘッド用基板を備え、該基板のインク吐出口からインクを吐出させることによって、記録媒体に対して記録を行う。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、基板の端面が十分な強度を備えているので、基板を薄化しても、その後工程で該基板に割れや欠けなどが発生し難い。この結果、基板を薄化した後に該基板に貫通穴の形成することが可能となり、短い加工時間と低いコストで、高精度の貫通電極を高密度に形成することが可能となる
上記効果を有する基板を用いた記録ヘッド基板では、インク供給口の精度が向上し、ヒータとインク供給口間の寸法バラツキが減少することから吐出性能が向上する。また、発熱抵抗体に電力を供給するための電気接続を基板裏面において確保することが可能であり、記録紙と吐出口間の寸法を小さくできる。この結果、記録紙面上の液滴の着弾精度が向上する。総じて、記録ヘッド基板の印字性能及び歩留まりが向上し、特に小液滴化に対して性能向上及び歩留まり向上を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（実施形態１）
次に、本発明の基板の実施形態の一例について説明する。ここでは、本例の基板の製造工程について図面を参照しながら詳細に説明することによって、本例の基板の構造についても明らかにする。
【００２２】
まず、図１に示すように、625μm厚のシリコン基板１０上にTaN膜及びAl膜をスパッタ法にて成膜し、フォトリソ技術を用いて発熱抵抗体１００とアルミ電極２００とからなるヒータ２１０を形成する。ヒータ２１０のサイズは30μｍ×30μｍである。また、シリコン基板１０には、あらかじめ熱酸化膜（７０００Å）２２０が形成されている。尚、必要があればヒータ２１０の上に保護層を設けても良い。また、発熱抵抗体１００の駆動素子や制御素子を形成しても良い。
【００２３】
次に、図２に示すように、シリコン基板１０の裏面を切削し、該基板１０の厚みを300μｍ厚にする。必要があれば、ＣＭＰやスピンエッチャーで破砕層を除去する。尚、薄化後のシリコン基板１０の厚みは300μｍに限定されるものではなく、貫通電極用の貫通穴の形成やインク供給口用の貫通穴の形成に要するコスト、薄化した後のシリコン基板１０の搬送時のハンドリング条件などに基づいて決定される。例えば、シリコン基板１０の厚みが100μｍとなるまでバックグラインドされる場合もある。
【００２４】
その後、図３に示すように、貫通電極の形成を意図する位置に、ドライエッチングによって70μφの貫通穴を開口する。さらに、メッキシード層を成膜し、電解メッキによって貫通電極３００を形成すると同時に、シリコン基板１０の端部に外周部パターン３５０を形成し、該端部を貫通電極３００の材料と同一の材料によって被覆する。尚、貫通電極３００は、上記貫通穴内にメッキ材料（金）が充填されるように電解メッキを行うことによって形成される。
【００２５】
本例においては、外周部パターン３５０として金属層のみを用いたが、これによってシリコン基板１０の端部の強度が向上し、基板割れが発生し難くなる。
（実施形態２）
次に、本発明のインクジェット記録ヘッド用基板（以下「記録ヘッド基板」と称す場合もある）の実施形態の一例について説明する。本例の記録ヘッド基板は、図３に示すシリコン基板１０を用いたものである。具体的には、図３に示すシリコン基板１０を製作した後に、以下に説明する工程を実行することによって得られるものである。
【００２６】
まず、図４に示すように、シリコン基板１０の上に、ドライエッチング用マスク材を塗布し、フォトリソでパターニングして、インク供給口４００となるスリット穴をドライエッチングによって形成する。
【００２７】
次に、図５に示すように、樹脂のフィルムにレーザでノズル及び吐出口を形成したオリフィスプレート５００をシリコン基板１０に接着する。
【００２８】
以上によって、本例の記録ヘッド基板、すなわち、インクジェット用の発熱抵抗体及び電極が形成された基板上に、ノズル、吐出口及び貫通電極が形成されている記録ヘッド基板が完成し、該記録ヘッド基板を用いることによって記録ヘッドを製造することができる。
【００２９】
上記のようにして完成した記録ヘッド基板では、基板に貫通穴を形成するための加工時間が短く、かつ、高精度に加工できるので、高密度に貫通電極が配置された記録ヘッド基板を低コストで製造することができる。また、従来の記録ヘッド基板に比較して、チップ面積が小さくなる。さらに、インク供給口の加工精度も高いので、ヒータとインク供給口間の寸法精度が向上し、周波数応答性が向上し、吐出性能が向上する。さらに、発熱抵抗体に電力を供給するための電気接続が基板裏面によって確保されるので、吐出口と記録紙との間の距離を小さくでき、液滴の記録紙上への着弾精度も向上する。総じて、印字バラツキが減少し、印字性能の向上及び歩留まりが向上する。
（実施形態３）
次に、本発明の基板の実施形態の他例について説明する。ここでも基板の製造工程について詳細に説明することによって、基板の構造についても明らかにする。もっとも、シリコン基板に貫通電極用の貫通穴を開口するまので工程は、上記実施形態１と同様であるので説明を省略し、その後の工程についてのみ以下に説明する。
【００３０】
図６に示すように、後に形成される貫通電極とシリコン基板１０とを絶縁するための第１の絶縁膜５００を貫通穴内壁に形成すると共に、シリコン基板１０の端部に第２の絶縁層６００を形成する。具体的には、シリコン基板１０の上に、真空蒸着法にて3μｍ厚のポリイミド膜を成膜する。次に、ポリイミド膜上にＤＦ（ドライフィルム）を形成し、露光、現像してパターニングし、ＤＦをマスクにしてポリイミド膜をドライエッチングする。その後、ＤＦを剥離して、ポリイミドからなる第１及び第２の絶縁膜５００、６００を形成する。ここで、真空蒸着法は被膜性に優れるので、シリコン基板１０の端部にも良好な絶縁膜が形成される。
【００３１】
その後、実施形態１で説明したのと同様の工程によって、貫通電極３００及び外周部パターン３５０を形成する（図７）。尚、必要に応じて貫通電極３００が形成される貫通穴内にエポキシ樹脂を埋め込むことも可能である。
【００３２】
図７から明らかなように、上記工程によって製造される本例の基板では、その端部が第２の絶縁膜６００と金属層（外周部パターン３５０）とによって二重に被覆されている。これによって露光装置において基板を真空吸着する場合、リークの発生を防ぐことが可能となり基板の変形が防止されるので、十分な解像度を有する結像をえることが可能になる。また、基板表面の外周部を押しつけることによって基板を固定する方式の露光器においても、貫通電極３００の凸凹によって基板が変形し、結像が歪んでしまうといった問題がなくなる。何故なら、貫通電極３００と同じ高さの膜（第２の絶縁層６００）が基板外周部に存在しているからである（図８参照）。もっとも、シリコン基板１０の端部を補強するだけであれば、該基板１０の端部に第２の絶縁膜６００と外周部パターン３５０のどちらか一方のみを形成してもよい。
（実施形態４）
次に、本発明のインクジェット記録ヘッド用基板（以下「記録ヘッド基板」と称す場合もある）の実施形態の他例について説明する。本例の記録ヘッド基板は、図７に示すシリコン基板１０を用いたものである。具体的には、図７に示すシリコン基板１０を製作した後に、以下に説明する工程を実行することによって得られるものである。
【００３３】
まず、シリコン基板１０上に、ノズルを形成するための型を形成する。具体的には、図９に示すように、基板１０上に型レジスト７００を15μｍ塗布し、露光、現像によってパターニングする。次に、図１０に示すように、感光性のネガ型のエポキシをノズル材８００として30μｍ塗布し、露光、現像によって、φ25μｍの吐出口８０１を形成する。
【００３４】
その後、図１１に示すように、基板裏面にマスクを形成した上で該裏面をドライエッチングしてインク供給口４００を形成する。次いで、図１２に示すように、型レジスト７００（図９参照）を除去する。
【００３５】
上記のようにして完成した記録ヘッド基板は、実施形態２のそれと同様に、基板に貫通穴を形成するための加工時間が短く、かつ、高精度に加工できるので、高密度に貫通電極が配置された記録ヘッド基板を低コストで製造することができる。また、従来の記録ヘッド基板に比較して、チップ面積が小さくなる。さらに、インク供給口の加工精度も高いので、ヒータとインク供給口間の寸法精度が向上し、周波数応答性が向上し、吐出性能が向上する。さらに、発熱抵抗体に電力を供給するための電気接続が基板裏面によって確保されるので、吐出口と記録紙との間の距離を小さくでき、液滴の記録紙上への着弾精度も向上する。総じて、印字バラツキが減少し、印字性能の向上及び歩留まりが向上する。特に小液滴化の場合、液滴の運動エネルギーが小さく、着弾精度が悪くなるが、本例の記録ヘッド基板によれば、かかる着弾精度の低下が抑制され、非常に有効である。
【００３６】
さらに、本例の記録ヘッド基板は、オリフィスプレートを積層するタイプであるため、ノズル及び吐出口の位置精度や寸法精度が高く、発熱抵抗体とのアライメント精度も高い。かかる観点からも本例の記録ヘッド基板は、今後のさらなる小液滴化に十分対応が可能であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施形態１の基板の製造工程の一部を示す模式図である。
【図２】実施形態１の基板の製造工程の他の一部を示す模式図である。
【図３】実施形態１の基板の製造工程の他の一部を示す模式図である。
【図４】実施形態２の記録ヘッド基板の製造工程の一部を示す模式図である。
【図５】実施形態２の記録ヘッド基板の製造工程の他の一部を示す模式図である。
【図６】実施形態３の基板の製造工程の一部を示す模式図である。
【図７】実施形態３の基板の製造工程の他の一部を示す模式図である。
【図８】実施形態３の基板がステージに搭載された状態を示す模式図である。
【図９】実施形態４の記録ヘッド基板の製造工程の一部を示す模式図である。
【図１０】実施形態４の記録ヘッド基板の製造工程の他の一部を示す模式図である。
【図１１】実施形態４の記録ヘッド基板の製造工程の他の一部を示す模式図である。
【図１２】実施形態４の記録ヘッド基板の製造工程の他の一部を示す模式図である。
【図１３】薄化前後の基板端面の状態を示す模式図である。
【図１４】従来の基板がステージに搭載された状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  シリコン基板
１００  発熱抵抗体
３００  貫通電極
３５０  外周部パターン
４００  インク供給口
５００  第１の絶縁膜
６００  第２の絶縁膜
【図１】
2007331303.tif 000003
【図２】
2007331303.tif 000004
【図３】
2007331303.tif 000005
【図４】
2007331303.tif 000006
【図５】
2007331303.tif 000007
【図６】
2007331303.tif 000008
【図７】
2007331303.tif 000009
【図８】
2007331303.tif 000010
【図９】
2007331303.tif 000011
【図１０】
2007331303.tif 000012
【図１１】
2007331303.tif 000013
【図１２】
2007331303.tif 000014
【図１３】
2007331303.tif 000015
【図１４】
2007331303.tif 000016