インクジェットヘッドの製造方法
【課題】本発明はインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【解決手段】本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、ダミー基板上に圧電アクチュエータを形成するステップと、前記圧電アクチュエータをインクジェットヘッドのヘッドセル単位に切断するステップと、前記圧電アクチュエータと対応する位置に形成されるインクチャンバを含むインクジェットヘッド基板を設けるステップと、前記圧電アクチュエータと前記インクチャンバが互いに対応するよう、前記ダミー基板と前記インクジェットヘッド基板を接合するステップと、前記ダミー基板を除去するステップと、を含むことができる。
【解決手段】本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、ダミー基板上に圧電アクチュエータを形成するステップと、前記圧電アクチュエータをインクジェットヘッドのヘッドセル単位に切断するステップと、前記圧電アクチュエータと対応する位置に形成されるインクチャンバを含むインクジェットヘッド基板を設けるステップと、前記圧電アクチュエータと前記インクチャンバが互いに対応するよう、前記ダミー基板と前記インクジェットヘッド基板を接合するステップと、前記ダミー基板を除去するステップと、を含むことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェットヘッドの製造方法に関し、さらに詳しくは、インクジェットヘッドのインク吐出に必要な駆動力を提供する圧電アクチュエータをウェハレベルで製造することで、圧電アクチュエータの加工精度及び生産性が向上したインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にインクジェットヘッドは電気信号を物理的な力に変換し、小さいノズルを通じてインクが液滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）の形態で吐出されるようにする構造体である。このようなインクジェットヘッドはインク吐出方式によって２つに大別される。その一つは、熱源を利用してインクにバブル（ｂｕｂｂｌｅ）を発生させ、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ヘッドである。
【０００３】
特に、圧電方式のインクジェットヘッドは産業用インクジェットプリンタにおいて広く使用されている。例えば、フレキシブル印刷回路基板（ＦＰＣＢ）上に金、銀等の金属を溶かして作ったインクを噴射して回路パターンを直接形成したり、産業グラフィックや液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の製造及び太陽電池等に使用される。
【０００４】
このような圧電方式のインクジェットヘッドに圧電アクチュエータを形成する方法には、スクリーン印刷等の厚膜工程を用いて形成する方法と、バルクセラミック素材をヘッドチップ単位で接着する方法等が使用されている。
【０００５】
しかし、厚膜工程による方法は、厚膜に塗布された圧電ペーストの流動特性により時間が経過するにつれて平坦化（ｌｅｖｅｌｉｎｇ）しながら横に広がるため、圧電アクチュエータの幅と厚さが均一にならず、圧電アクチュエータの圧電性能がバルクセラミックより低いという問題点がある。
【０００６】
また、バルクセラミックの場合、厚さがあるため高精密加工技術であるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）工程による加工が困難で、バルクセラミック接合時にバルクセラミックアライメント誤差が発生し、ダイシング工程時、インクジェットヘッドの損傷を避けるために圧電アクチュエータの厚さより小さくする必要があるため加工誤差が発生し、ダイシングによるインクジェットヘッド基板に曲げ変形等が発生するという問題点がある。また、バルクセラミック接合は各ヘッドチップ単位で形成されるため、工程時間が長くなって加工歩留まりの低下及び製造コストの増加など、生産性の低下を招くという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記のような従来技術の問題点を解決するためのもので、その目的は、インクジェットヘッドに圧電アクチュエータをウェハレベルで接合することにより、圧電アクチュエータの幅と厚さが均一にし、加工精度の向上、製造コストの節減及び工程時間の短縮など、生産性が向上したインクジェットヘッドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、ダミー基板上に圧電アクチュエータを形成するステップと、上記圧電アクチュエータをインクジェットヘッドのヘッドセル単位に切断するステップと、上記圧電アクチュエータと対応する位置に形成されるインクチャンバを含むインクジェットヘッド基板を設けるステップと、上記圧電アクチュエータと上記インクチャンバが互いに対応するよう、上記ダミー基板と上記インクジェットヘッド基板を接合するステップと、上記ダミー基板を除去するステップと、を含むことができる。
【０００９】
また、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法において、上記ダミー基板上に上記圧電アクチュエータを形成するステップは、上記圧電アクチュエータを形成するための開口部を含むフィルム層を上記ダミー基板上に形成するステップと、上記開口部に上記圧電アクチュエータを挿入するステップと、上記フィルム層を除去するステップと、を含むことができる。
【００１０】
また、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法において、上記フィルム層は1つ以上の層からなり、上記フィルム層のうち下部に形成される層は上記インクジェットヘッドのヘッドセル単位に上記圧電アクチュエータを切断する時、切断補助層の役割をすることができる。上記フィルム層はＤＦＲ（Ｄｒｙ Ｆｉｌｍ Ｒｅｓｉｓｔ）からなることができる。
【００１１】
また、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、上記ダミー基板と上記圧電アクチュエータを加熱及び加圧するステップをさらに含むことができる。
【００１２】
また、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、上記圧電アクチュエータを研磨するステップをさらに含むことができる。
【００１３】
また、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、上記インクジェットヘッド基板の単位ヘッドセルにより圧電アクチュエータがそれぞれ構成されるよう、上記圧電アクチュエータを切断するステップをさらに含むことができる。
【００１４】
また、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法において、上記ダミー基板上に上記圧電アクチュエータを形成するステップは、スパッタリング法、電子線蒸着法、加熱蒸着法、スクリーン印刷法、及びバルクセラミック接着法のうちいずれかによって行われることができる。
【００１５】
また、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法において、上記圧電アクチュエータは、駆動電極、圧電膜、及び共通電極を含み、上記ダミー基板上に上記駆動電極、上記圧電膜、及び上記共通電極を順に形成することができる。
【００１６】
また、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、上記圧電アクチュエータ上に導電性接着剤層を形成するステップをさらに含むことができる。
【００１７】
また、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法において、上記ダミー基板を除去するステップは、グラインディング、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）、及びウォータージェット（ｗａｔｅｒｊｅｔ）のうち少なくともいずれか１つによって行われることができる。
【００１８】
一方、他の側面から見た本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、ダミー基板上に駆動電極及び圧電膜を形成するステップと、上記駆動電極及び圧電膜をインクジェットヘッドのヘッドセル単位に切断するステップと、インク流路が形成され、上面に共通電極層を含むインクジェットヘッド基板を設けるステップと、上記インクジェットヘッド基板内のインクチャンバに対応する位置に上記圧電膜が配置されるよう、上記インクジェットヘッド基板上に上記ダミー基板を接合するステップと、上記ダミー基板を除去するステップと、を含むことができる。
【００１９】
一方、さらに他の側面から見た本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、インク流路が形成されるインクジェットヘッド基板を設けるステップと、ダミー基板上に開口部を含むフィルム層を形成するステップと、上記開口部に圧電アクチュエータを形成するステップと、上記圧電アクチュエータを上記インクジェットヘッド基板のヘッドセル単位に切断するステップと、上記フィルム層を上記圧電アクチュエータの厚さより薄く加工するステップと、上記圧電アクチュエータと上記インクジェットヘッド基板内のインクチャンバが対応するよう、上記インクジェットヘッド基板上に上記ダミー基板を接合するステップと、上記ダミー基板と上記フィルム層を除去するステップと、を含むことができる。
【００２０】
一方、さらに他の側面から見た本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、ダミーウェハ上に複数の圧電アクチュエータを形成するステップと、上記複数の圧電アクチュエータのそれぞれをインクジェットヘッドのヘッドセル単位に切断するステップと、上記複数の圧電アクチュエータのそれぞれに対応する位置に形成されるインクチャンバを含む複数のインクジェットヘッドの流路を流路ウェハに形成するステップと、上記圧電アクチュエータと上記インクチャンバが互いに対応するよう、上記ダミーウェハと上記流路ウェハを接合するステップと、上記ダミーウェハを除去するステップと、上記接合されたウェハをインクジェットヘッドチップ単位に切断するステップと、を含むことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によるインクジェットヘッドの製造方法によると、インクジェットヘッドに圧電アクチュエータをウェハレベルで接合することにより、加工精度の向上、製造コストの節減及び工程時間の短縮など、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図２】本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図４】本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図５】本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図６】本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図７】本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図８】本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図９】本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図１０】本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図１１】本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図１２】本発明の第２実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図１３】本発明の第２実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図１４】本発明の第２実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図１５】本発明の第２実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図１６】本発明の第２実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下では、図面を参照し本発明の具体的な実施例を詳細に説明する。但し、本発明の思想は提示される実施例に制限されず、本発明の思想を理解する当業者は同じ思想の範囲内で他の構成要素の追加、変更、削除等により退歩的な他の発明や本発明の思想の範囲内に含まれる他の実施例を容易に提案することができ、これも本願発明の思想の範囲内に含まれる。
【００２４】
また、各実施例の図面に示す同一または類似する思想の範囲内の機能が同一の構成要素は、同一または類似する参照符号を用いて説明する。
【００２５】
図１から図１１は、本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。以下では図１から図１１を参照し、本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法について具体的に説明する。
【００２６】
先ず、本発明の好ましい製造方法を概略的に説明すると、圧電アクチュエータが形成されたダミー基板とインク流路が形成されたインクジェットヘッド基板とをそれぞれ製造し、上記インクジェットヘッド基板上に上記ダミー基板をウェハレベルで接合し、上記ダミー基板を除去することによって本発明によるインクジェットヘッドが完成する。ダミー基板とインクジェットヘッド基板を製造するステップは手順通りに行わなくてもよい。即ち、ダミー基板とインクジェットヘッド基板のいずれかが先に製造されてもよく、ダミー基板とインクジェットヘッド基板が同時に製造されてもよい。但し、説明の便宜上、以下ではダミー基板を製造するステップを先に説明する。
【００２７】
図１に示したように、ダミー基板１０を設ける。ダミー基板１０はインクジェットヘッド基板との接合後に除去されるため、除去が容易で圧電アクチュエータを形成し易い材料のものを使うことができる。例えば、シリコンウェハのようにインクジェットヘッドを製造するための基板と同様の素材のものを用いることができ、それ以外にガラスウェハ等を用いることも可能である。
【００２８】
次に、図２に示したように、ダミー基板１０上にフィルム層１１を形成する。フィルム層１１は圧電アクチュエータ形成のための犠牲層であり、例えばフォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）やＤＦＲ（Ｄｒｙ Ｆｉｌｍ Ｒｅｓｉｓｔ）を用いることができる。フィルム層１１の厚さは約５〜２０μｍにする。この際、フィルム層１１を１０μｍ以上に形成する場合、縁部が内部より厚くなるため、ＥＢＲ（Ｅｄｇｅ Ｂｅｖｅｌ Ｒｅｍｏｖａｌ）工程等によって縁部の厚い部分を除去することが好ましい。
【００２９】
フィルム層１１は1つ以上の層からなることができ、この際、下部に形成される層は、圧電アクチュエータをインクジェットヘッドのヘッドセル単位に切断するとき、各ヘッドセルの圧電アクチュエータの縁部に対する形状がパターニングされ、切断補助層の役割をすることができる。
【００３０】
次に、図３に示したように、フィルム層１１をパターニングして圧電アクチュエータを形成するための開口部１２を形成する。ダミー基板１０をインクジェットヘッド基板と接合するとき、圧電アクチュエータがインクジェットヘッド基板内のインクチャンバに対応する位置に接合されるよう開口部１２の位置決めをしてパターニングする。この際、開口部１２は圧電アクチュエータを挿入して固定する工程を容易にするため、挿入される圧電アクチュエータのサイズよりやや大きく形成されることが好ましく、例えば、約５０μｍ程度の大きいサイズにパターニングすることができる。フィルム層１１のパターニングは露光と現像を含む公知の フォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）法によって行われることができる。
【００３１】
フィルム層１１に開口部１２をパターニングする時、インクジェットヘッドのヘッドセル単位に圧電アクチュエータ１５を切断するときに切断ラインを表示するために、各ヘッドセルの圧電アクチュエータ境界を示すアライメント表示を開口部１２付近にパターニングすることができる。
【００３２】
次に、図４に示したように、上記開口部１２に圧電アクチュエータ１５を形成する。圧電アクチュエータ１５はインクジェットヘッド基板のインクチャンバに流入されたインクをノズルに吐出するための駆動力を提供する。例えば、圧電アクチュエータ１５は、共通電極の役割をする下部電極と、電圧の印加によって変形される圧電膜と、駆動電極の役割をする上部電極と、を含んで構成されることができる。
【００３３】
下部電極は１つの導電性金属物質からなることができるが、チタニウム（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）からなる２つの金属薄膜層で構成されることが好ましい。圧電膜は下部電極上に形成され、圧電物質、好ましくは、ＰＺＴ（Ｌｅａｄ Ｚｉｒｃｏｎａｔｅ Ｔｉｔａｎａｔｅ）セラミック材料からなることができる。上部電極は圧電膜上に形成され、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｔｉ及びＣｕ等の物質のうちいずれか１つの物質からなることができる。
【００３４】
圧電アクチュエータ１５を形成するためには様々な方法が使用されるが、例えば、ＰＺＴをチップ単位で加工して開口部１５に挿入する方式で組み立てることができ、組み立てられた圧電アクチュエータ１５とダミー基板１０を加熱及び加圧工程により接合する。例えば、加熱温度１５０℃、重量２．０トンのホットプレス（ｈｏｔ ｐｒｅｓｓ）機を使用して行うことができる。この際、接合のためにＡｇ、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属からなる導電性接着剤を用いることができる。次いで、ハードベーク（Ｈａｒｄ ｂａｋｅ）工程によりフィルム層１１をベーキングした後、１５０℃で３０分以上ゆっくり冷却させる。
【００３５】
次に、図５に示したように、ダミー基板１０の上部にフォトレジスト１９を塗布する。この際、フォトレジスト１９は圧電アクチュエータ１９とフィルム層１１の隙間にも埋込まれる。このように塗布されたフォトレジスト１９は、加熱により圧電アクチュエータ１９とフィルム層１１を固定する。
【００３６】
次に、図６に示したように、フォトレジスト１９が塗布された圧電アクチュエータ１５とフィルム層１１を設計された厚さに研磨する。例えば、グラインディング（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）、ポリッシング（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）、または化学的機械的研磨（ＣＭＰ）等により圧電アクチュエータ１５の厚さを３０μｍ程度に加工する。このように加工された圧電アクチュエータ１５をインクジェットヘッドのヘッドセル単位に切断する。
【００３７】
圧電アクチュエータ１５の切断はダイシング、レーザ等により行われることができ、フィルム層１１に各ヘッドセルの圧電アクチュエータ１５のアライメント表示がパターニングされている場合、パターニングされたアライメント表示を基準に加工される。また、フィルム層１１が1つ以上の層からなって下部に切断補助層が形成された場合は、切断補助層にパターニングされた各ヘッドセルの圧電アクチュエータの縁部の表示に沿って切断が行われることができる。
【００３８】
また、フィルム層１１の下部にはダミー基板１０が形成されていたり、切断補助層を介在してダミー基板１０が形成されているので、圧電アクチュエータ１５の切断時に工程誤差を含む十分な厚さに加工することができる。
【００３９】
次に、図７に示したように、ダミー基板１０に形成された圧電アクチュエータ１５をインクジェットヘッドのインクチャンバ上に接合時、アライメント誤差を減らし接合を容易にするため、アッシング（ａｓｈｉｎｇ）工程によってフィルム層１１及びフォトレジスト１９の厚さを圧電アクチュエータ１５より薄く加工する。
【００４０】
次に、図８に示したように、圧電アクチュエータ１５の上部にＡｇ、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属ペーストからなる導電性接着物質１６を塗布する。導電性接着物質１６の塗布は圧電アクチュエータ１５を各ヘッドセル単位に切断する前に行われてもよい。
【００４１】
次に、インクジェットヘッド基板２０を製造する方法について説明する。インクジェットヘッド基板２０を製造する方法は、１つ以上のウェハにインク流路を形成するいくつかのステップからなり、公知の方法を用いることができるため、以下ではインクジェットヘッド基板のインク流路を形成する構成要素を中心に簡単に説明する。
【００４２】
図９を参照すると、インクジェットヘッド基板２０は、インクが流入されるインク流入口２１と、インク流入口２１に流入されるインクを貯蔵するリザーバ２２と、圧電アクチュエータ１５が装着される位置の下部に設けられる複数のインクチャンバ２３と、インクを吐出する複数のノズル２５と、を含むことができる。リザーバ２２とインクチャンバ２３の間には、インク吐出時にインクチャンバ２３のインクがリザーバ２２に逆流することを抑制するために複数のリストリクタが形成されることができる。また、インクチャンバ２３とノズル２５は複数のダンパ２４により連結されることができる。
【００４３】
インクジェットヘッド基板２０は、上記インク流路を形成する構成要素を上部基板及び下部基板に適切に形成し、上部基板及び下部基板をシリコン直接接合（ＳＤＢ）等の方式により接合し形成することができる。この際、上部基板は単結晶シリコン基板やＳＯＩ基板であってもよく、下部基板はＳＯＩ基板からなってもよい。また、インクジェットヘッド基板２０はこれに限らず、さらに多くの基板を使用してインク流路を構成することができ、場合によって１つの基板としてもよい。インク流路を形成する構成要素もあくまで例示に過ぎず、要求される条件及び設計仕様によって様々な構成のインク流路を設けることができる。
【００４４】
次に、図１０に示したように、インクジェットヘッド基板２０の上部にダミー基板１０をウェハレベルで接合する。具体的に、インクジェットヘッド基板２０のインクチャンバ２３の上部にダミー基板１０の圧電アクチュエータ１５が配置されるようインクジェットヘッド基板２０とダミー基板１０を配列する。この際、ダミー基板１０の上面とインクジェットヘッド基板２０の上面が対向するように配置する。次いで、圧電アクチュエータ１５の上面に形成された導電性接着物質１６を加熱し、圧電アクチュエータ１５をインクジェットヘッド基板２０の上面に接合する。
【００４５】
次に、図１１に示したように、接合されたウェハ構造体にグラインディング、ウォータージェット、ＣＭＰ等の工程を用いてダミー基板１０を除去する。次いで、圧電アクチュエータ１５付近に残されたフィルム層１１とフォトレジスト１９をエアブロー（ａｉｒ ｂｌｏｗｉｎｇ）またはテープ除去（ｔａｐｅ ｒｅｍｏｖｉｎｇ）等の方法を用いて除去する。このようにダミー基板１０、フィルム層１１及びフォトレジスト１９が除去されることによってインクジェットヘッド１００が完成する。
【００４６】
上記したようにインクジェットヘッド基板２０とダミー基板１０をウェハレベルで接合して圧電アクチュエータ１５を形成することにより、加工誤差を減らすことができ、ヘッドセルごとに圧電アクチュエータを形成する従来技術に比べて工程時間を短縮し、生産性を向上させることができる。
【００４７】
以下では、本発明の第２実施例によるインクジェットヘッドの製造方法について説明する。図１２から図１６は本発明の第２実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【００４８】
図１２から図１６に示された本発明の第２実施例によるインクジェットヘッドの製造方法は、圧電アクチュエータを構成するに当たって、共通電極の役割をする下部電極がインクジェットヘッド基板の上面全体に形成されているという点から本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法と相違する。したがって、圧電アクチュエータを形成する工程以外の工程は本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法の工程と実質的には同様であるため、詳細な説明は省略して相違点を中心に説明する。
【００４９】
図１２を参照すると、ダミー基板３０上にフィルム層３１を塗布し、これをパターニングし開口部を形成した後、圧電アクチュエータの駆動電極３４と圧電膜３５を順に形成する。この際、フィルム層３１に圧電アクチュエータをヘッドセル別に分離するためのアライメント表示をパターニングすることができ、フィルム層３１を1つ以上の層で構成する場合は、下部に形成される層に上記アライメント表示をパターニングすることができる。
【００５０】
次に、図１３に示したように、圧電膜３５とフィルム層３１を設計された厚さに研磨し、圧電膜３５と駆動電極３４をインクジェットヘッドのヘッドセル単位に切断した後、フィルム層３１の厚さを圧電膜３５より薄く加工する。
【００５１】
ここで、圧電膜３５とフィルム層３１の研磨はグラインディング、ポリッシング、または化学的機械的研磨（ＣＭＰ）等により、圧電膜３５と駆動電極３４の切断はダイシング、レーザ等により、フィルム層３１の加工はアッシング工程によってそれぞれ行われることができる。
【００５２】
圧電膜３５と駆動電極３４の切断工程において、フィルム層３１に各ヘッドセルの圧電膜３５のアライメント表示がパターニングされている場合、パターニングされたアライメント表示を基準に加工される。また、フィルム層３１が1つ以上の層からなって下部に切断補助層が形成された場合は切断補助層にパターニングされた各ヘッドセルの圧電膜の縁部の表示に沿って切断が行われることができる。
【００５３】
フィルム層３１の下部にはダミー基板３０が形成されていたり、切断補助層を介在してダミー基板３０が形成されているので、圧電膜３５の切断時に工程誤差を含む十分な厚さに加工することができる。
【００５４】
次に、図１４に示したように、インク流路が形成されたインクジェットヘッド基板４０を設け、インクジェットヘッド基板４０上に圧電アクチュエータの共通電極の役割をする下部電極４１を形成する。この際、下部電極４１はインクジェットヘッド基板４０の表面全体に形成されることができ、１つの導電性金属物質からなることができるが、チタニウム（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）からなる２つの金属薄膜層で構成されることが好ましい。下部電極４１は共通電極の役割だけではなく、圧電膜とインクジェットヘッド基板４０の間の相互拡散を防止する拡散防止層の役割もするようになる。
【００５５】
インクジェットヘッド基板４０には、インク流路に沿ってリザーバ、インクチャンバ、リストリクタ、ダンパ、ノズル等が形成され、１つ以上のウェハに形成されることができる。
【００５６】
次に、図１５に示したように、インクジェットヘッド基板４０の上部にダミー基板３０をウェハレベルで接合する。具体的に、インクジェットヘッド基板４０のインクチャンバの上部にダミー基板３０の圧電膜３５が配置されるようインクジェットヘッド基板４０とダミー基板３０を配列した後接合する。この際、ダミー基板３０とインクジェットヘッド基板４０はダミー基板３０の上面とインクジェットヘッド基板４０の上面が対向するように配置され、圧電膜３５と下部電極４１が接合される。圧電膜３５と下部電極４１の接合は導電性接着剤を用いて接合できる。
【００５７】
次に、図１６に示したように、接合されたウェハ構造体にグラインディング、ウォータージェット、ＣＭＰ等の工程を用いてダミー基板３０を除去する。次いで、圧電膜３５と駆動電極３４付近に残されたフィルム層３１をエアブローまたはテープ除去等の方法を用いて除去する。このように、ダミー基板３０及びフィルム層３１が除去されることによってインクジェットヘッドが完成する。
【００５８】
上述したように、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は圧電アクチュエータをウェハレベルで製造し形成するため、圧電アクチュエータの加工時に発生する加工誤差を減らし加工時間を短縮することができ、かつ、圧電アクチュエータをヘッドセル単位に切断する時に発生するインクジェットヘッド基板の曲げ変形や切断部分の厚さのばらつきを防止することができ、加工精度及び生産性が向上する。
【００５９】
以上では１つのインクジェットヘッドを製造する工程について説明したが、本発明はこれに限らず、複数のインクジェットヘッドと圧電アクチュエータをアレイ方式でそれぞれのウェハに形成した後、これらを接合しヘッドチップ単位に切断して形成することができる。以下ではそれらの工程について具体的に説明する。但し、本発明の上述した実施例においてインクジェットヘッド基板にインク流路を形成してダミー基板に圧電アクチュエータを形成する工程は実質的に同様であるため、説明の便宜上、具体的な説明は省略する。
【００６０】
先ず、複数のインクジェットヘッドと圧電アクチュエータをアレイ方式でウェハに形成する工程を概略的に説明すると、流路ウェハに複数のインクジェットヘッドをアレイ方式で形成し、ダミーウェハに複数の圧電アクチュエータをアレイ方式で形成し、これら流路ウェハとダミーウェハをインクジェットヘッドのインクチャンバと圧電アクチュエータが互いに対応するように接合し、これをヘッドチップ単位に切断してインクジェットヘッドを完成する。
【００６１】
流路ウェハに複数のインクジェットヘッドを形成する方法は、本発明の上述した実施例と同様に、インクジェットヘッド、即ちインクが流入されるインク流入口、インク流入口に流入されるインクを貯蔵するリザーバ、圧電アクチュエータが装着される位置の下部に設けられる複数のインクチャンバ、及びインクを吐出する複数のノズルを含むインクジェットヘッドが複数の流路ウェハにアレイされるように形成する。
【００６２】
ダミーウェハに複数の圧電アクチュエータを形成する方法も、本発明の上述した実施例と同様に、圧電アクチュエータが複数ダミーウェハにアレイされるように形成する。具体的に、ダミーウェハにフィルム層を形成した後、複数の圧電アクチュエータが形成される複数の開口部を有するよう上記フィルム層をパターニングする。次いで、複数の開口部に圧電アクチュエータをそれぞれ形成し、これらの圧電アクチュエータをヘッドセル単位に切断する。
【００６３】
次に、複数のインクジェットヘッドがアレイされた流路ウェハと、複数の圧電アクチュエータがアレイされたダミーウェハとを接合する。この際、複数のインクジェットヘッドのインク流路それぞれにおいてインクチャンバに圧電アクチュエータが対応するように接合する。このように接合された流路ウェハとダミーウェハをインクジェットヘッドチップ単位に切断し、ダミーウェハとフィルム層を除去してインクジェットヘッドチップを完成する。この際、接合された流路ウェハとダミーウェハにおいて、ダミーウェハとフィルム層を除去後、インクジェットヘッドチップ単位に切断してインクジェットヘッドチップを形成してもよい。
【００６４】
このように、複数のインクジェットヘッドと圧電アクチュエータをアレイ方式でそれぞれのウェハに形成した後、これらを接合しヘッドチップ単位に切断することにより、インクジェットヘッドの流路のみをウェハレベルで形成しその流路の上面にそれぞれの圧電アクチュエータを形成する従来の方式に比べて生産性を向上させることができる。さらに、本発明においては、圧電アクチュエータもウェハレベルで形成し、これらウェハを接合してヘッドチップ単位に切断するので、生産性の向上だけではなく、圧電アクチュエータの位置精度及び加工精度が向上することができる。
【００６５】
以上では本発明による実施例に基づき本発明の構成と特徴を説明したが、本発明はこれに限らず、本発明の技術的思想を外れない範囲内で当技術分野の通常の知識を有する者により多様な変更または変形が可能であり、このような変更または変形は添付の請求範囲に属する。
【符号の説明】
【００６６】
１０、３０ ダミー基板
１１、３１ フィルム層
２０、４０ インクジェットヘッド基板
１２ 開口部
１５ 圧電アクチュエータ
１６ 導電性接着物質
１９ フォトレジスト
３５ 圧電膜
３４ 駆動電極
４１ 下部電極
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェットヘッドの製造方法に関し、さらに詳しくは、インクジェットヘッドのインク吐出に必要な駆動力を提供する圧電アクチュエータをウェハレベルで製造することで、圧電アクチュエータの加工精度及び生産性が向上したインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にインクジェットヘッドは電気信号を物理的な力に変換し、小さいノズルを通じてインクが液滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）の形態で吐出されるようにする構造体である。このようなインクジェットヘッドはインク吐出方式によって２つに大別される。その一つは、熱源を利用してインクにバブル（ｂｕｂｂｌｅ）を発生させ、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ヘッドである。
【０００３】
特に、圧電方式のインクジェットヘッドは産業用インクジェットプリンタにおいて広く使用されている。例えば、フレキシブル印刷回路基板（ＦＰＣＢ）上に金、銀等の金属を溶かして作ったインクを噴射して回路パターンを直接形成したり、産業グラフィックや液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の製造及び太陽電池等に使用される。
【０００４】
このような圧電方式のインクジェットヘッドに圧電アクチュエータを形成する方法には、スクリーン印刷等の厚膜工程を用いて形成する方法と、バルクセラミック素材をヘッドチップ単位で接着する方法等が使用されている。
【０００５】
しかし、厚膜工程による方法は、厚膜に塗布された圧電ペーストの流動特性により時間が経過するにつれて平坦化（ｌｅｖｅｌｉｎｇ）しながら横に広がるため、圧電アクチュエータの幅と厚さが均一にならず、圧電アクチュエータの圧電性能がバルクセラミックより低いという問題点がある。
【０００６】
また、バルクセラミックの場合、厚さがあるため高精密加工技術であるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）工程による加工が困難で、バルクセラミック接合時にバルクセラミックアライメント誤差が発生し、ダイシング工程時、インクジェットヘッドの損傷を避けるために圧電アクチュエータの厚さより小さくする必要があるため加工誤差が発生し、ダイシングによるインクジェットヘッド基板に曲げ変形等が発生するという問題点がある。また、バルクセラミック接合は各ヘッドチップ単位で形成されるため、工程時間が長くなって加工歩留まりの低下及び製造コストの増加など、生産性の低下を招くという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記のような従来技術の問題点を解決するためのもので、その目的は、インクジェットヘッドに圧電アクチュエータをウェハレベルで接合することにより、圧電アクチュエータの幅と厚さが均一にし、加工精度の向上、製造コストの節減及び工程時間の短縮など、生産性が向上したインクジェットヘッドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、ダミー基板上に圧電アクチュエータを形成するステップと、上記圧電アクチュエータをインクジェットヘッドのヘッドセル単位に切断するステップと、上記圧電アクチュエータと対応する位置に形成されるインクチャンバを含むインクジェットヘッド基板を設けるステップと、上記圧電アクチュエータと上記インクチャンバが互いに対応するよう、上記ダミー基板と上記インクジェットヘッド基板を接合するステップと、上記ダミー基板を除去するステップと、を含むことができる。
【０００９】
また、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法において、上記ダミー基板上に上記圧電アクチュエータを形成するステップは、上記圧電アクチュエータを形成するための開口部を含むフィルム層を上記ダミー基板上に形成するステップと、上記開口部に上記圧電アクチュエータを挿入するステップと、上記フィルム層を除去するステップと、を含むことができる。
【００１０】
また、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法において、上記フィルム層は1つ以上の層からなり、上記フィルム層のうち下部に形成される層は上記インクジェットヘッドのヘッドセル単位に上記圧電アクチュエータを切断する時、切断補助層の役割をすることができる。上記フィルム層はＤＦＲ（Ｄｒｙ Ｆｉｌｍ Ｒｅｓｉｓｔ）からなることができる。
【００１１】
また、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、上記ダミー基板と上記圧電アクチュエータを加熱及び加圧するステップをさらに含むことができる。
【００１２】
また、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、上記圧電アクチュエータを研磨するステップをさらに含むことができる。
【００１３】
また、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、上記インクジェットヘッド基板の単位ヘッドセルにより圧電アクチュエータがそれぞれ構成されるよう、上記圧電アクチュエータを切断するステップをさらに含むことができる。
【００１４】
また、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法において、上記ダミー基板上に上記圧電アクチュエータを形成するステップは、スパッタリング法、電子線蒸着法、加熱蒸着法、スクリーン印刷法、及びバルクセラミック接着法のうちいずれかによって行われることができる。
【００１５】
また、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法において、上記圧電アクチュエータは、駆動電極、圧電膜、及び共通電極を含み、上記ダミー基板上に上記駆動電極、上記圧電膜、及び上記共通電極を順に形成することができる。
【００１６】
また、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、上記圧電アクチュエータ上に導電性接着剤層を形成するステップをさらに含むことができる。
【００１７】
また、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法において、上記ダミー基板を除去するステップは、グラインディング、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）、及びウォータージェット（ｗａｔｅｒｊｅｔ）のうち少なくともいずれか１つによって行われることができる。
【００１８】
一方、他の側面から見た本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、ダミー基板上に駆動電極及び圧電膜を形成するステップと、上記駆動電極及び圧電膜をインクジェットヘッドのヘッドセル単位に切断するステップと、インク流路が形成され、上面に共通電極層を含むインクジェットヘッド基板を設けるステップと、上記インクジェットヘッド基板内のインクチャンバに対応する位置に上記圧電膜が配置されるよう、上記インクジェットヘッド基板上に上記ダミー基板を接合するステップと、上記ダミー基板を除去するステップと、を含むことができる。
【００１９】
一方、さらに他の側面から見た本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、インク流路が形成されるインクジェットヘッド基板を設けるステップと、ダミー基板上に開口部を含むフィルム層を形成するステップと、上記開口部に圧電アクチュエータを形成するステップと、上記圧電アクチュエータを上記インクジェットヘッド基板のヘッドセル単位に切断するステップと、上記フィルム層を上記圧電アクチュエータの厚さより薄く加工するステップと、上記圧電アクチュエータと上記インクジェットヘッド基板内のインクチャンバが対応するよう、上記インクジェットヘッド基板上に上記ダミー基板を接合するステップと、上記ダミー基板と上記フィルム層を除去するステップと、を含むことができる。
【００２０】
一方、さらに他の側面から見た本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は、ダミーウェハ上に複数の圧電アクチュエータを形成するステップと、上記複数の圧電アクチュエータのそれぞれをインクジェットヘッドのヘッドセル単位に切断するステップと、上記複数の圧電アクチュエータのそれぞれに対応する位置に形成されるインクチャンバを含む複数のインクジェットヘッドの流路を流路ウェハに形成するステップと、上記圧電アクチュエータと上記インクチャンバが互いに対応するよう、上記ダミーウェハと上記流路ウェハを接合するステップと、上記ダミーウェハを除去するステップと、上記接合されたウェハをインクジェットヘッドチップ単位に切断するステップと、を含むことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によるインクジェットヘッドの製造方法によると、インクジェットヘッドに圧電アクチュエータをウェハレベルで接合することにより、加工精度の向上、製造コストの節減及び工程時間の短縮など、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図２】本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図４】本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図５】本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図６】本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図７】本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図８】本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図９】本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図１０】本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図１１】本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図１２】本発明の第２実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図１３】本発明の第２実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図１４】本発明の第２実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図１５】本発明の第２実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図１６】本発明の第２実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下では、図面を参照し本発明の具体的な実施例を詳細に説明する。但し、本発明の思想は提示される実施例に制限されず、本発明の思想を理解する当業者は同じ思想の範囲内で他の構成要素の追加、変更、削除等により退歩的な他の発明や本発明の思想の範囲内に含まれる他の実施例を容易に提案することができ、これも本願発明の思想の範囲内に含まれる。
【００２４】
また、各実施例の図面に示す同一または類似する思想の範囲内の機能が同一の構成要素は、同一または類似する参照符号を用いて説明する。
【００２５】
図１から図１１は、本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。以下では図１から図１１を参照し、本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法について具体的に説明する。
【００２６】
先ず、本発明の好ましい製造方法を概略的に説明すると、圧電アクチュエータが形成されたダミー基板とインク流路が形成されたインクジェットヘッド基板とをそれぞれ製造し、上記インクジェットヘッド基板上に上記ダミー基板をウェハレベルで接合し、上記ダミー基板を除去することによって本発明によるインクジェットヘッドが完成する。ダミー基板とインクジェットヘッド基板を製造するステップは手順通りに行わなくてもよい。即ち、ダミー基板とインクジェットヘッド基板のいずれかが先に製造されてもよく、ダミー基板とインクジェットヘッド基板が同時に製造されてもよい。但し、説明の便宜上、以下ではダミー基板を製造するステップを先に説明する。
【００２７】
図１に示したように、ダミー基板１０を設ける。ダミー基板１０はインクジェットヘッド基板との接合後に除去されるため、除去が容易で圧電アクチュエータを形成し易い材料のものを使うことができる。例えば、シリコンウェハのようにインクジェットヘッドを製造するための基板と同様の素材のものを用いることができ、それ以外にガラスウェハ等を用いることも可能である。
【００２８】
次に、図２に示したように、ダミー基板１０上にフィルム層１１を形成する。フィルム層１１は圧電アクチュエータ形成のための犠牲層であり、例えばフォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）やＤＦＲ（Ｄｒｙ Ｆｉｌｍ Ｒｅｓｉｓｔ）を用いることができる。フィルム層１１の厚さは約５〜２０μｍにする。この際、フィルム層１１を１０μｍ以上に形成する場合、縁部が内部より厚くなるため、ＥＢＲ（Ｅｄｇｅ Ｂｅｖｅｌ Ｒｅｍｏｖａｌ）工程等によって縁部の厚い部分を除去することが好ましい。
【００２９】
フィルム層１１は1つ以上の層からなることができ、この際、下部に形成される層は、圧電アクチュエータをインクジェットヘッドのヘッドセル単位に切断するとき、各ヘッドセルの圧電アクチュエータの縁部に対する形状がパターニングされ、切断補助層の役割をすることができる。
【００３０】
次に、図３に示したように、フィルム層１１をパターニングして圧電アクチュエータを形成するための開口部１２を形成する。ダミー基板１０をインクジェットヘッド基板と接合するとき、圧電アクチュエータがインクジェットヘッド基板内のインクチャンバに対応する位置に接合されるよう開口部１２の位置決めをしてパターニングする。この際、開口部１２は圧電アクチュエータを挿入して固定する工程を容易にするため、挿入される圧電アクチュエータのサイズよりやや大きく形成されることが好ましく、例えば、約５０μｍ程度の大きいサイズにパターニングすることができる。フィルム層１１のパターニングは露光と現像を含む公知の フォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）法によって行われることができる。
【００３１】
フィルム層１１に開口部１２をパターニングする時、インクジェットヘッドのヘッドセル単位に圧電アクチュエータ１５を切断するときに切断ラインを表示するために、各ヘッドセルの圧電アクチュエータ境界を示すアライメント表示を開口部１２付近にパターニングすることができる。
【００３２】
次に、図４に示したように、上記開口部１２に圧電アクチュエータ１５を形成する。圧電アクチュエータ１５はインクジェットヘッド基板のインクチャンバに流入されたインクをノズルに吐出するための駆動力を提供する。例えば、圧電アクチュエータ１５は、共通電極の役割をする下部電極と、電圧の印加によって変形される圧電膜と、駆動電極の役割をする上部電極と、を含んで構成されることができる。
【００３３】
下部電極は１つの導電性金属物質からなることができるが、チタニウム（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）からなる２つの金属薄膜層で構成されることが好ましい。圧電膜は下部電極上に形成され、圧電物質、好ましくは、ＰＺＴ（Ｌｅａｄ Ｚｉｒｃｏｎａｔｅ Ｔｉｔａｎａｔｅ）セラミック材料からなることができる。上部電極は圧電膜上に形成され、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｔｉ及びＣｕ等の物質のうちいずれか１つの物質からなることができる。
【００３４】
圧電アクチュエータ１５を形成するためには様々な方法が使用されるが、例えば、ＰＺＴをチップ単位で加工して開口部１５に挿入する方式で組み立てることができ、組み立てられた圧電アクチュエータ１５とダミー基板１０を加熱及び加圧工程により接合する。例えば、加熱温度１５０℃、重量２．０トンのホットプレス（ｈｏｔ ｐｒｅｓｓ）機を使用して行うことができる。この際、接合のためにＡｇ、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属からなる導電性接着剤を用いることができる。次いで、ハードベーク（Ｈａｒｄ ｂａｋｅ）工程によりフィルム層１１をベーキングした後、１５０℃で３０分以上ゆっくり冷却させる。
【００３５】
次に、図５に示したように、ダミー基板１０の上部にフォトレジスト１９を塗布する。この際、フォトレジスト１９は圧電アクチュエータ１９とフィルム層１１の隙間にも埋込まれる。このように塗布されたフォトレジスト１９は、加熱により圧電アクチュエータ１９とフィルム層１１を固定する。
【００３６】
次に、図６に示したように、フォトレジスト１９が塗布された圧電アクチュエータ１５とフィルム層１１を設計された厚さに研磨する。例えば、グラインディング（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）、ポリッシング（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）、または化学的機械的研磨（ＣＭＰ）等により圧電アクチュエータ１５の厚さを３０μｍ程度に加工する。このように加工された圧電アクチュエータ１５をインクジェットヘッドのヘッドセル単位に切断する。
【００３７】
圧電アクチュエータ１５の切断はダイシング、レーザ等により行われることができ、フィルム層１１に各ヘッドセルの圧電アクチュエータ１５のアライメント表示がパターニングされている場合、パターニングされたアライメント表示を基準に加工される。また、フィルム層１１が1つ以上の層からなって下部に切断補助層が形成された場合は、切断補助層にパターニングされた各ヘッドセルの圧電アクチュエータの縁部の表示に沿って切断が行われることができる。
【００３８】
また、フィルム層１１の下部にはダミー基板１０が形成されていたり、切断補助層を介在してダミー基板１０が形成されているので、圧電アクチュエータ１５の切断時に工程誤差を含む十分な厚さに加工することができる。
【００３９】
次に、図７に示したように、ダミー基板１０に形成された圧電アクチュエータ１５をインクジェットヘッドのインクチャンバ上に接合時、アライメント誤差を減らし接合を容易にするため、アッシング（ａｓｈｉｎｇ）工程によってフィルム層１１及びフォトレジスト１９の厚さを圧電アクチュエータ１５より薄く加工する。
【００４０】
次に、図８に示したように、圧電アクチュエータ１５の上部にＡｇ、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属ペーストからなる導電性接着物質１６を塗布する。導電性接着物質１６の塗布は圧電アクチュエータ１５を各ヘッドセル単位に切断する前に行われてもよい。
【００４１】
次に、インクジェットヘッド基板２０を製造する方法について説明する。インクジェットヘッド基板２０を製造する方法は、１つ以上のウェハにインク流路を形成するいくつかのステップからなり、公知の方法を用いることができるため、以下ではインクジェットヘッド基板のインク流路を形成する構成要素を中心に簡単に説明する。
【００４２】
図９を参照すると、インクジェットヘッド基板２０は、インクが流入されるインク流入口２１と、インク流入口２１に流入されるインクを貯蔵するリザーバ２２と、圧電アクチュエータ１５が装着される位置の下部に設けられる複数のインクチャンバ２３と、インクを吐出する複数のノズル２５と、を含むことができる。リザーバ２２とインクチャンバ２３の間には、インク吐出時にインクチャンバ２３のインクがリザーバ２２に逆流することを抑制するために複数のリストリクタが形成されることができる。また、インクチャンバ２３とノズル２５は複数のダンパ２４により連結されることができる。
【００４３】
インクジェットヘッド基板２０は、上記インク流路を形成する構成要素を上部基板及び下部基板に適切に形成し、上部基板及び下部基板をシリコン直接接合（ＳＤＢ）等の方式により接合し形成することができる。この際、上部基板は単結晶シリコン基板やＳＯＩ基板であってもよく、下部基板はＳＯＩ基板からなってもよい。また、インクジェットヘッド基板２０はこれに限らず、さらに多くの基板を使用してインク流路を構成することができ、場合によって１つの基板としてもよい。インク流路を形成する構成要素もあくまで例示に過ぎず、要求される条件及び設計仕様によって様々な構成のインク流路を設けることができる。
【００４４】
次に、図１０に示したように、インクジェットヘッド基板２０の上部にダミー基板１０をウェハレベルで接合する。具体的に、インクジェットヘッド基板２０のインクチャンバ２３の上部にダミー基板１０の圧電アクチュエータ１５が配置されるようインクジェットヘッド基板２０とダミー基板１０を配列する。この際、ダミー基板１０の上面とインクジェットヘッド基板２０の上面が対向するように配置する。次いで、圧電アクチュエータ１５の上面に形成された導電性接着物質１６を加熱し、圧電アクチュエータ１５をインクジェットヘッド基板２０の上面に接合する。
【００４５】
次に、図１１に示したように、接合されたウェハ構造体にグラインディング、ウォータージェット、ＣＭＰ等の工程を用いてダミー基板１０を除去する。次いで、圧電アクチュエータ１５付近に残されたフィルム層１１とフォトレジスト１９をエアブロー（ａｉｒ ｂｌｏｗｉｎｇ）またはテープ除去（ｔａｐｅ ｒｅｍｏｖｉｎｇ）等の方法を用いて除去する。このようにダミー基板１０、フィルム層１１及びフォトレジスト１９が除去されることによってインクジェットヘッド１００が完成する。
【００４６】
上記したようにインクジェットヘッド基板２０とダミー基板１０をウェハレベルで接合して圧電アクチュエータ１５を形成することにより、加工誤差を減らすことができ、ヘッドセルごとに圧電アクチュエータを形成する従来技術に比べて工程時間を短縮し、生産性を向上させることができる。
【００４７】
以下では、本発明の第２実施例によるインクジェットヘッドの製造方法について説明する。図１２から図１６は本発明の第２実施例によるインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【００４８】
図１２から図１６に示された本発明の第２実施例によるインクジェットヘッドの製造方法は、圧電アクチュエータを構成するに当たって、共通電極の役割をする下部電極がインクジェットヘッド基板の上面全体に形成されているという点から本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法と相違する。したがって、圧電アクチュエータを形成する工程以外の工程は本発明の第１実施例によるインクジェットヘッドの製造方法の工程と実質的には同様であるため、詳細な説明は省略して相違点を中心に説明する。
【００４９】
図１２を参照すると、ダミー基板３０上にフィルム層３１を塗布し、これをパターニングし開口部を形成した後、圧電アクチュエータの駆動電極３４と圧電膜３５を順に形成する。この際、フィルム層３１に圧電アクチュエータをヘッドセル別に分離するためのアライメント表示をパターニングすることができ、フィルム層３１を1つ以上の層で構成する場合は、下部に形成される層に上記アライメント表示をパターニングすることができる。
【００５０】
次に、図１３に示したように、圧電膜３５とフィルム層３１を設計された厚さに研磨し、圧電膜３５と駆動電極３４をインクジェットヘッドのヘッドセル単位に切断した後、フィルム層３１の厚さを圧電膜３５より薄く加工する。
【００５１】
ここで、圧電膜３５とフィルム層３１の研磨はグラインディング、ポリッシング、または化学的機械的研磨（ＣＭＰ）等により、圧電膜３５と駆動電極３４の切断はダイシング、レーザ等により、フィルム層３１の加工はアッシング工程によってそれぞれ行われることができる。
【００５２】
圧電膜３５と駆動電極３４の切断工程において、フィルム層３１に各ヘッドセルの圧電膜３５のアライメント表示がパターニングされている場合、パターニングされたアライメント表示を基準に加工される。また、フィルム層３１が1つ以上の層からなって下部に切断補助層が形成された場合は切断補助層にパターニングされた各ヘッドセルの圧電膜の縁部の表示に沿って切断が行われることができる。
【００５３】
フィルム層３１の下部にはダミー基板３０が形成されていたり、切断補助層を介在してダミー基板３０が形成されているので、圧電膜３５の切断時に工程誤差を含む十分な厚さに加工することができる。
【００５４】
次に、図１４に示したように、インク流路が形成されたインクジェットヘッド基板４０を設け、インクジェットヘッド基板４０上に圧電アクチュエータの共通電極の役割をする下部電極４１を形成する。この際、下部電極４１はインクジェットヘッド基板４０の表面全体に形成されることができ、１つの導電性金属物質からなることができるが、チタニウム（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）からなる２つの金属薄膜層で構成されることが好ましい。下部電極４１は共通電極の役割だけではなく、圧電膜とインクジェットヘッド基板４０の間の相互拡散を防止する拡散防止層の役割もするようになる。
【００５５】
インクジェットヘッド基板４０には、インク流路に沿ってリザーバ、インクチャンバ、リストリクタ、ダンパ、ノズル等が形成され、１つ以上のウェハに形成されることができる。
【００５６】
次に、図１５に示したように、インクジェットヘッド基板４０の上部にダミー基板３０をウェハレベルで接合する。具体的に、インクジェットヘッド基板４０のインクチャンバの上部にダミー基板３０の圧電膜３５が配置されるようインクジェットヘッド基板４０とダミー基板３０を配列した後接合する。この際、ダミー基板３０とインクジェットヘッド基板４０はダミー基板３０の上面とインクジェットヘッド基板４０の上面が対向するように配置され、圧電膜３５と下部電極４１が接合される。圧電膜３５と下部電極４１の接合は導電性接着剤を用いて接合できる。
【００５７】
次に、図１６に示したように、接合されたウェハ構造体にグラインディング、ウォータージェット、ＣＭＰ等の工程を用いてダミー基板３０を除去する。次いで、圧電膜３５と駆動電極３４付近に残されたフィルム層３１をエアブローまたはテープ除去等の方法を用いて除去する。このように、ダミー基板３０及びフィルム層３１が除去されることによってインクジェットヘッドが完成する。
【００５８】
上述したように、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法は圧電アクチュエータをウェハレベルで製造し形成するため、圧電アクチュエータの加工時に発生する加工誤差を減らし加工時間を短縮することができ、かつ、圧電アクチュエータをヘッドセル単位に切断する時に発生するインクジェットヘッド基板の曲げ変形や切断部分の厚さのばらつきを防止することができ、加工精度及び生産性が向上する。
【００５９】
以上では１つのインクジェットヘッドを製造する工程について説明したが、本発明はこれに限らず、複数のインクジェットヘッドと圧電アクチュエータをアレイ方式でそれぞれのウェハに形成した後、これらを接合しヘッドチップ単位に切断して形成することができる。以下ではそれらの工程について具体的に説明する。但し、本発明の上述した実施例においてインクジェットヘッド基板にインク流路を形成してダミー基板に圧電アクチュエータを形成する工程は実質的に同様であるため、説明の便宜上、具体的な説明は省略する。
【００６０】
先ず、複数のインクジェットヘッドと圧電アクチュエータをアレイ方式でウェハに形成する工程を概略的に説明すると、流路ウェハに複数のインクジェットヘッドをアレイ方式で形成し、ダミーウェハに複数の圧電アクチュエータをアレイ方式で形成し、これら流路ウェハとダミーウェハをインクジェットヘッドのインクチャンバと圧電アクチュエータが互いに対応するように接合し、これをヘッドチップ単位に切断してインクジェットヘッドを完成する。
【００６１】
流路ウェハに複数のインクジェットヘッドを形成する方法は、本発明の上述した実施例と同様に、インクジェットヘッド、即ちインクが流入されるインク流入口、インク流入口に流入されるインクを貯蔵するリザーバ、圧電アクチュエータが装着される位置の下部に設けられる複数のインクチャンバ、及びインクを吐出する複数のノズルを含むインクジェットヘッドが複数の流路ウェハにアレイされるように形成する。
【００６２】
ダミーウェハに複数の圧電アクチュエータを形成する方法も、本発明の上述した実施例と同様に、圧電アクチュエータが複数ダミーウェハにアレイされるように形成する。具体的に、ダミーウェハにフィルム層を形成した後、複数の圧電アクチュエータが形成される複数の開口部を有するよう上記フィルム層をパターニングする。次いで、複数の開口部に圧電アクチュエータをそれぞれ形成し、これらの圧電アクチュエータをヘッドセル単位に切断する。
【００６３】
次に、複数のインクジェットヘッドがアレイされた流路ウェハと、複数の圧電アクチュエータがアレイされたダミーウェハとを接合する。この際、複数のインクジェットヘッドのインク流路それぞれにおいてインクチャンバに圧電アクチュエータが対応するように接合する。このように接合された流路ウェハとダミーウェハをインクジェットヘッドチップ単位に切断し、ダミーウェハとフィルム層を除去してインクジェットヘッドチップを完成する。この際、接合された流路ウェハとダミーウェハにおいて、ダミーウェハとフィルム層を除去後、インクジェットヘッドチップ単位に切断してインクジェットヘッドチップを形成してもよい。
【００６４】
このように、複数のインクジェットヘッドと圧電アクチュエータをアレイ方式でそれぞれのウェハに形成した後、これらを接合しヘッドチップ単位に切断することにより、インクジェットヘッドの流路のみをウェハレベルで形成しその流路の上面にそれぞれの圧電アクチュエータを形成する従来の方式に比べて生産性を向上させることができる。さらに、本発明においては、圧電アクチュエータもウェハレベルで形成し、これらウェハを接合してヘッドチップ単位に切断するので、生産性の向上だけではなく、圧電アクチュエータの位置精度及び加工精度が向上することができる。
【００６５】
以上では本発明による実施例に基づき本発明の構成と特徴を説明したが、本発明はこれに限らず、本発明の技術的思想を外れない範囲内で当技術分野の通常の知識を有する者により多様な変更または変形が可能であり、このような変更または変形は添付の請求範囲に属する。
【符号の説明】
【００６６】
１０、３０ ダミー基板
１１、３１ フィルム層
２０、４０ インクジェットヘッド基板
１２ 開口部
１５ 圧電アクチュエータ
１６ 導電性接着物質
１９ フォトレジスト
３５ 圧電膜
３４ 駆動電極
４１ 下部電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダミー基板上に圧電アクチュエータを形成するステップと、
前記圧電アクチュエータをインクジェットヘッドのヘッドセル単位に切断する切断ステップと、
前記圧電アクチュエータと対応する位置に形成されるインクチャンバを含むインクジェットヘッド基板を設けるステップと、
前記圧電アクチュエータと前記インクチャンバが互いに対応するよう、前記ダミー基板と前記インクジェットヘッド基板を接合するステップと、
前記ダミー基板を除去するステップと
を含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記ダミー基板上に前記圧電アクチュエータを形成するステップは、
前記圧電アクチュエータを形成するための開口部を含むフィルム層を前記ダミー基板上に形成するステップと、
前記開口部に前記圧電アクチュエータを挿入するステップと、
前記フィルム層を除去するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記フィルム層は１つ以上の層からなり、前記フィルム層のうち下部に形成される層は前記インクジェットヘッドのヘッドセル単位に前記圧電アクチュエータを切断する時、切断補助層の役割をすることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記フィルム層には各ヘッドセルの圧電アクチュエータの位置を表示するアライメント表示が形成されることを特徴とする請求項２または３に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記フィルム層はＤＦＲ（Ｄｒｙ Ｆｉｌｍ Ｒｅｓｉｓｔ）からなることを特徴とする請求項２から４の何れか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記ダミー基板と前記圧電アクチュエータを加熱及び加圧するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記圧電アクチュエータを研磨するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記切断ステップにおいては、前記インクジェットヘッド基板の単位ヘッドセルに対応して圧電アクチュエータがそれぞれ構成されるよう、前記圧電アクチュエータを切断することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記ダミー基板上に前記圧電アクチュエータを形成するステップは、スパッタリング法、電子線蒸着法、加熱蒸着法、スクリーン印刷法、及びバルクセラミック接着法のうちいずれかによって行われることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記圧電アクチュエータは、駆動電極、圧電膜、及び共通電極を含み、前記ダミー基板上に前記駆動電極、前記圧電膜、及び前記共通電極を順に形成することを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記圧電アクチュエータ上に導電性接着剤層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記ダミー基板を除去するステップは、グラインディング、ＣＭＰ、及びウォータージェットのうち少なくともいずれか１つによって行われることを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１３】
ダミー基板上に駆動電極及び圧電膜を形成するステップと、
インク流路が形成され、上面に共通電極層を含むインクジェットヘッド基板を設けるステップと、
前記駆動電極及び前記圧電膜を前記インクジェットヘッド基板のヘッドセル単位に切断するステップと、
前記インクジェットヘッド基板内のインクチャンバに対応する位置に前記圧電膜が配置されるよう、前記インクジェットヘッド基板上に前記ダミー基板を接合するステップと、
前記ダミー基板を除去するステップと
を含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１４】
インク流路が形成されるインクジェットヘッド基板を設けるステップと、
ダミー基板上に開口部を含むフィルム層を形成するステップと、
前記開口部に圧電アクチュエータを形成するステップと、
前記圧電アクチュエータを前記インクジェットヘッド基板のヘッドセル単位に切断するステップと、
前記フィルム層を前記圧電アクチュエータの厚さより薄く加工するステップと、
前記圧電アクチュエータと前記インクジェットヘッド基板内のインクチャンバが対応するよう、前記インクジェットヘッド基板上に前記ダミー基板を接合するステップと、
前記ダミー基板と前記フィルム層を除去するステップと
を含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１５】
ダミーウェハ上に複数の圧電アクチュエータを形成するステップと、
前記複数の圧電アクチュエータのそれぞれをインクジェットヘッドのヘッドセル単位に切断するステップと、
前記複数の圧電アクチュエータのそれぞれに対応する位置に形成されるインクチャンバを含む複数のインクジェットヘッドの流路を流路ウェハに形成するステップと、
前記圧電アクチュエータと前記インクチャンバが互いに対応するよう、前記ダミーウェハと前記流路ウェハを接合するステップと、
前記ダミーウェハを除去するステップと、
前記接合されたウェハをインクジェットヘッドチップ単位に切断するステップと
を含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１】
ダミー基板上に圧電アクチュエータを形成するステップと、
前記圧電アクチュエータをインクジェットヘッドのヘッドセル単位に切断する切断ステップと、
前記圧電アクチュエータと対応する位置に形成されるインクチャンバを含むインクジェットヘッド基板を設けるステップと、
前記圧電アクチュエータと前記インクチャンバが互いに対応するよう、前記ダミー基板と前記インクジェットヘッド基板を接合するステップと、
前記ダミー基板を除去するステップと
を含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記ダミー基板上に前記圧電アクチュエータを形成するステップは、
前記圧電アクチュエータを形成するための開口部を含むフィルム層を前記ダミー基板上に形成するステップと、
前記開口部に前記圧電アクチュエータを挿入するステップと、
前記フィルム層を除去するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記フィルム層は１つ以上の層からなり、前記フィルム層のうち下部に形成される層は前記インクジェットヘッドのヘッドセル単位に前記圧電アクチュエータを切断する時、切断補助層の役割をすることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記フィルム層には各ヘッドセルの圧電アクチュエータの位置を表示するアライメント表示が形成されることを特徴とする請求項２または３に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記フィルム層はＤＦＲ（Ｄｒｙ Ｆｉｌｍ Ｒｅｓｉｓｔ）からなることを特徴とする請求項２から４の何れか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記ダミー基板と前記圧電アクチュエータを加熱及び加圧するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記圧電アクチュエータを研磨するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記切断ステップにおいては、前記インクジェットヘッド基板の単位ヘッドセルに対応して圧電アクチュエータがそれぞれ構成されるよう、前記圧電アクチュエータを切断することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記ダミー基板上に前記圧電アクチュエータを形成するステップは、スパッタリング法、電子線蒸着法、加熱蒸着法、スクリーン印刷法、及びバルクセラミック接着法のうちいずれかによって行われることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記圧電アクチュエータは、駆動電極、圧電膜、及び共通電極を含み、前記ダミー基板上に前記駆動電極、前記圧電膜、及び前記共通電極を順に形成することを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記圧電アクチュエータ上に導電性接着剤層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記ダミー基板を除去するステップは、グラインディング、ＣＭＰ、及びウォータージェットのうち少なくともいずれか１つによって行われることを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１３】
ダミー基板上に駆動電極及び圧電膜を形成するステップと、
インク流路が形成され、上面に共通電極層を含むインクジェットヘッド基板を設けるステップと、
前記駆動電極及び前記圧電膜を前記インクジェットヘッド基板のヘッドセル単位に切断するステップと、
前記インクジェットヘッド基板内のインクチャンバに対応する位置に前記圧電膜が配置されるよう、前記インクジェットヘッド基板上に前記ダミー基板を接合するステップと、
前記ダミー基板を除去するステップと
を含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１４】
インク流路が形成されるインクジェットヘッド基板を設けるステップと、
ダミー基板上に開口部を含むフィルム層を形成するステップと、
前記開口部に圧電アクチュエータを形成するステップと、
前記圧電アクチュエータを前記インクジェットヘッド基板のヘッドセル単位に切断するステップと、
前記フィルム層を前記圧電アクチュエータの厚さより薄く加工するステップと、
前記圧電アクチュエータと前記インクジェットヘッド基板内のインクチャンバが対応するよう、前記インクジェットヘッド基板上に前記ダミー基板を接合するステップと、
前記ダミー基板と前記フィルム層を除去するステップと
を含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１５】
ダミーウェハ上に複数の圧電アクチュエータを形成するステップと、
前記複数の圧電アクチュエータのそれぞれをインクジェットヘッドのヘッドセル単位に切断するステップと、
前記複数の圧電アクチュエータのそれぞれに対応する位置に形成されるインクチャンバを含む複数のインクジェットヘッドの流路を流路ウェハに形成するステップと、
前記圧電アクチュエータと前記インクチャンバが互いに対応するよう、前記ダミーウェハと前記流路ウェハを接合するステップと、
前記ダミーウェハを除去するステップと、
前記接合されたウェハをインクジェットヘッドチップ単位に切断するステップと
を含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−２３５６３０（Ｐ２０１１−２３５６３０Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６２９１０（Ｐ２０１１−６２９１０）
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
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