液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法
【課題】液体吐出ヘッドの小型化および液体のリフィル性能を確保しつつ、吐出エネルギー発生素子を備えた素子基板と、配線基板と、を適確に接続する。
【解決手段】インク流路４と対向する側のヒータボード１の表面上において、ボンディングパッド９の形成位置は、ヒータ２の形成位置よりも低くする。
【解決手段】インク流路４と対向する側のヒータボード１の表面上において、ボンディングパッド９の形成位置は、ヒータ２の形成位置よりも低くする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクなどの液体を吐出可能な液体吐出ヘッド、および、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
種々の液体を吐出可能な液体吐出ヘッドとしては、例えば、液体のインクを吐出可能なインクジェット記録ヘッドがある。この記録ヘッドは、圧力エネルギーをインクに与えることにより、そのインクに急峻な体積変化を伴う状態変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によって、吐出口からインクを吐出する構成となっている。圧力エネルギーをインクに与えるための吐出エネルギー発生素子としては、電気熱変換体（ヒータ）やピエゾ素子などが用いられる。電気熱変換体を用いた場合には、その発熱によりノズル内のインクを発泡させ、その発泡エネルギーを利用して、吐出口からインクを吐出することができる。このような記録ヘッドを用いるインクジェット記録装置は、その記録ヘッドから吐出されたインクを記録媒体に付着させることにより画像を記録する。
【０００３】
特許文献１には、図１３のように、ベースプレート２１に積層されたヒータボード（素子基板）２２に、吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換体（以下、「ヒータ」という）２３を備えた記録ヘッドが記載されている。ヒータボード２２には、天板２４と流路形成部材２５が順次接合されており、ヒータボード２２と天板２４との間には、複数のノズルを構成する複数のインク流路２５が形成されている。流路形成部材２５内のインク供給路２６を通して供給されるインクは、共通液室２７からそれぞれのインク流路２５に導入される。ベースプレート２１に接合された配線基板２８上のボンディングパッド２９と、ヒータボード２２上のボンディングパッド３０と、の間は、ワイヤ３１によって電気的に接続されている。
【０００４】
ヒータ２３の駆動信号は、配線基板２８からワイヤ３１を通してヒータ２３に伝達され、その駆動信号によってヒータ２３が発熱する。その発熱によりインク流路２５内のインクが発泡し、その発泡エネルギーによって、インク吐出口からインクが吐出される。
【０００５】
ヒータボード２２上には、絶縁層、発熱抵抗層、金属配線、および保護膜などが積層されており、その電気発熱層によってヒータ２３が形成され、その金属配線を通してヒータ２３がボンディングパッド３０に接続される。ヒータボード２２の表面はフラットに形成されており、その表面上に、少なくとも１つの層を介してヒータ２３とボンディングパッド３０が形成されている。したがって、ヒータ２３が形成されるヒータボード２２の表面と、ボンディングパッド３０が形成されるヒータボード２２の表面と、は同一平面上にあり、ヒータ２３とボンディングパッド３０はほぼ同一平面上に位置する。
【０００６】
特許文献２には、図１４および図１５のように、２つのヒータボード２２の間にインク流路２５を形成し、１つのインク流路２５に対して、２つのヒータ２３と２つの可動弁３２を備えた記録ヘッドが記載されている。図１４は、インク流路２５部分の断面図であり、図１５は、図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿う断面図である。図１４は、図１５のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う断面図に相当する。３３は、共通液室２７を形成するための壁３３であり、３４は、インク流路２５を形成するためのノズル壁３４である。図１４および図１５の例においては、下側のヒータボード２２のヒータ２３に対して、下側の配線基板２８からワイヤ３１を通して駆動信号が供給され、上側のヒータボード２２のヒータ２３に対して、上側の配線基板２８からワイヤ３１を通して駆動信号が供給される。特許文献２には、上下のヒータボード２２上のボンディングパッド３０をバンプ電極とし、それらのバンプ電極の間に配線基板を挟むようにして接続する構成が記載されている。
【０００７】
上下のヒータ２３の発熱によりインク流路２５内のインクが発泡し、そのときにおけるインク中の気泡の成長方向は、上下の可動弁３２の自由端の変形を伴って、インク吐出口の方向に規制される。この結果、インクの吐出量の増大と、インクのリフィル速度の向上が可能となる。このような記録ヘッドは、種々の記録媒体に画像を記録するために特殊なインクを吐出する記録ヘッドとして好適であり、粘性が高いインクを安定的に吐出することができる。
【０００８】
図１３の記録ヘッドと同様に、上下のヒータボード２２上のそれぞれにおいて、ヒータ２３が形成されるヒータボード２２の表面と、ボンディングパッド３０が形成されるヒータボード２２の表面と、は同一平面上にある。したがって、ヒータ２３とボンディングパッド３０はほぼ同一平面上に位置する。特許文献２に記載されているように、上下のヒータボード２２上のボンディングパッド３０をバンプ電極とし、それらのバンプ電極の間に配線基板を挟むようにして接続した場合も同様である。すなわち、ヒータ２３が形成されるヒータボード２２の表面と、バンプ電極が形成されるヒータボード２２の表面と、は同一平面上にあり、ヒータ２３とバンプ電極はほぼ同一平面上に位置する。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−６７３３０号公報
【特許文献２】特開平１０−３３７８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、インクジェット記録装置に対しては、記録速度のさらなる高速化が要求されてきている。このような要求に応えるための記録ヘッドには、吐出エネルギー発生素子へのエネルギーの印加、ノズル内のインクへの圧力伝播、そしてインクの吐出という一連の動作を高速かつ安定的に連続可能であること、つまり高度な吐出周波数応答性が求められる。その対策としては、記録ヘッド内におけるインクの圧力損失を小さくするために、大容量のインク供給室を備えたり、インク流路の断面積を増やすことが考えられる。しかしながら、このような対策を講じた場合には、記録ヘッドの全体寸法が増して、それを備える記録装置の大型化を招くおそれがある。
【００１１】
例えば、図１３の記録ヘッドにおいて、インクの流路抵抗を小さくするためにインク供給路２６の内径を増す場合には、流路形成部材２５の堅牢性を維持するために、インク供給路２６の周囲の肉厚は大きくすることが望ましい。しかし、流路形成部材２５の厚みを増した場合には、記録ヘッドの外形寸法の増加を招くおそれがある。その記録ヘッドの外形寸法の増加を避けるために、流路形成部材２５の厚みをベースプレート２１側に向かって増した場合には、その厚くした部分２５Ａがワイヤ３１に接近してしまう。ワイヤ３１の配線されたときの高さのバラツキ、あるいは記録ヘッドの構成部品の寸法のバラツキによっては、流路形成部材２５の部分２５Ａとワイヤ３１とが干渉するおそれがある。したがって、高度な吐出周波数応答性と記録ヘッドの小型化を達成することが難しかった。
【００１２】
また、図１４および図１５の記録ヘッドにおいて、上下のヒータ２３の対向間隔が大き過ぎた場合には、インクの発泡エネルギーがインク流路２５内にて減衰して、圧力がインク吐出口方向へ伝播しづらくなる。また、上下の可動弁３２の対向間隔も大きくなり、それらの可動範囲が増大して、インクのリフィル性能の向上が望めなくなるおそれがある。したがって、上下のヒータ２３は近接して配置する必要がある。
【００１３】
しかし、このように上下のヒータ２３を近接させた場合には、上下のヒータボード２２におけるボンディングパッド３０も近接してしまう。そのため、それらのパッド３０に接続されるワイヤ３１同士が接近して、接触するおそれがある。また、特許文献２に記載されているように、上下のヒータボード２２上のバンプ電極の間に、配線基板を挟むようにして接続する場合には、それらのバンプ電極と配線基板の厚み分の寸法を上下のヒータボード２２の間に確保しなければならない。そのため、上下のヒータ２３を近接させることが難しくなる。
【００１４】
本発明の目的は、液体吐出ヘッドの小型化および液体のリフィル性能を確保しつつ、吐出エネルギー発生素子を備えた素子基板と、配線基板と、を適確に接続することができる液体吐出ヘッドおよび液体吐出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】
【００１５】
本発明の液体吐出ヘッドは、吐出口に連通する液体流路と対向する素子基板の表面上に、前記液体流路内の液体を前記吐出口から吐出させるためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子と、前記吐出エネルギー発生素子に電気的に接続される接続端子と、が形成され、前記接続端子に配線基板が電気的に接続される液体吐出ヘッドにおいて、前記接続端子が形成される前記表面上の端子形成面の位置は、前記吐出エネルギー発生素子が形成される前記表面上の素子形成面の位置よりも、前記素子基板の厚み方向において低いことを特徴とする。
【００１６】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、吐出口に連通する液体流路と対向する素子基板の表面上に、前記液体流路内の液体を前記吐出口から吐出させるためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子と、前記吐出エネルギー発生素子に電気的に接続される接続端子と、が形成され、前記接続端子に配線基板が電気的に接続される液体吐出ヘッドの製造方法において、前記接続端子が形成される前記表面上の端子形成面の位置を、前記吐出エネルギー発生素子が形成される前記表面上の素子形成面の位置よりも、前記素子基板の厚み方向において低くするように、前記素子基板の前記表面を成形する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、素子基板の表面上における接続端子の形成位置を、素子基板の表面上における吐出エネルギー発生素子の形成位置よりも低くすることにより、接続端子と配線基板との接続部の周りの空間を広く確保することができる。したがって、最適な液体流路や液体供給路を形成して、液体吐出ヘッドの小型化および液体のリフィル性能を確保しつつ、素子基板と配線基板とを適確に接続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の液体吐出ヘッドの構成例を説明するための分解斜視図である。本例の液体吐出ヘッドは、インクジェット記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッド１００としての適用例である。
【００１９】
セラミックプレート（ベースプレート）１０３上には、後述するように吐出エネルギー発生素子、インク流路、および共通液室などを備えた吐出エレメント１０１と、電気配線基板１０２と、が配置される。流路形成部材１０４には、吐出エレメント１０１内の共通液室に接続されるインク供給路と、そのインク供給路に連通しかつインクタンクに接続されるインク供給口が形成されている。インクタンクのインクは、インク供給路を通して共通液室に供給される。
【００２０】
図２は、記録ヘッド１００を用いるインクジェット記録装置２０１の構成例を説明するための概略正面図である。本例の記録装置２０１は、いわゆるフルラインタイプの記録装置であり、搬送部２０４によって矢印Ｙ方向に連続的に搬送される記録媒体Ｐに対して、記録位置に移動した記録ヘッド１００からインクを吐出することにより、記録媒体Ｐ上に画像を記録する。記録媒体Ｐは給紙部２０６から給紙され、記録ヘッド１００が吐出するインクはインクタンク２０３から供給される。本例の場合は、６つのインクタンク２０３から、イエロ（Ｙ）、淡マゼンタ（ＬＭ）、マゼンタ（Ｍ）、淡シアン（ＬＣ）、シアン（Ｃ）、およびブラック（Ｋ）のインクが６つの記録ヘッド１００に供給される。記録ヘッド１００は、記録媒体Ｐの幅方向における記録領域の全域に亘って延在するように、長尺に構成されている。２０２は、記録ヘッド１００に対して回復処理を行うための回復ユニット２０２、２０５はオペレーションパネル部である。
【００２１】
図３は、記録ヘッド１００の要部の斜視図である。
【００２２】
セラミックプレート（ベースプレート）１０３上には、吐出エレメント１０１のヒータボード（素子基板）１と、配線基板１０２と、が接合されている。ヒータボード１には、吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換体（以下、「ヒータ」という）が複数配置されている。ヒータ２は、例えば、チッ化タンタル等の発熱抵抗層により形成されており、その厚さは０．０１〜０．５μｍ、シート抵抗値は単位正方形当たり１０〜３００Ωである。ヒータ２には、通電のためのアルミニウム等の金属配線（図示せず）が接続されている。ヒータボード１上には、このような発熱抵抗層や金属配線の他、絶縁層や保護膜などが積層されており、その電気発熱層によってヒータ２が形成され、その金属配線を通して、ヒータ２がボンディングパッド（接続端子）９に接続される。ボンディングパッド９は、ヒータボード１上において、ヒータ２が配列された配列部と反対側の端部に複数形成されている。ヒータ２とボンディングパッド９は、少なくとも１つの層を介してヒータボード１上に形成されている。
【００２３】
ヒータ２が形成されるヒータボード１の表面（以下、「ヒータ形成面（素子形成面）」ともいう）と、ボンディングパッド９が形成されるヒータボード１の表面（以下、「パッド形成面（端子形成面）」ともいう）と、はヒータボード１の厚み方向にずれている。つまり、ヒータボード１の表面には段差Ｈが形成されており、パッド形成面はヒータ形成面よりも低い位置にある。また、それらのパッド形成面とヒータ形成面は、互いに平行な平面に形成されている。パッド形成面は、ヒータ形成面の一部をエッチングすることにより形成される。
【００２４】
配線基板１０２には、複数のボンディングパッド９のそれぞれの対応する複数のボンディングパッド１０が形成されている。それらのパッド６，１０は、ワイヤ１１によって電気的に接続され、そのワイヤ１１を通して、配線基板１０２からの電気信号がヒータ２に伝達される。配線基板１０２には、ヒータ２への通電を制御するためのスイッチングトランジスタ（図示せず）、そのスイッチトランジスタを制御するためのゲート素子等の回路からなる制御ＩＣなどが搭載されている。これにより、記録装置からの駆動信号に応じてヒータ２が駆動される。
【００２５】
ヒータボード１上に形成されたノズル壁４に天板１６が接合されることにより、複数のヒータ２のそれぞれに対応する複数のインク流路（液体流路）４が形成されている。インク流路４は、ヒータの上方に位置する。インク流路４の一端は吐出口３にて開口し、その他端は共通液室８に連通されている。以下、インク流路４、吐出口３、およびヒータ２を含めて「ノズル」ともいう。ヒータボード１には、吐出口３の縁部に位置する土手６が形成されている。また、それぞれのインク流路４内には可動弁７が配設されており、それらの可動弁７の基端は、ヒータボード１上の弁台座（図示せず）に支持されている。共通液室８とボンディングパッド９の配列部との間には、液室壁１４が形成されており、その液室壁１４からノズルに向かう空間が、インクタンクから供給されるインクを貯留するための共通液室８となる。本例において、ノズル壁４、土手６、液室壁１４は、感光性樹脂により形成される。
【００２６】
共通液室８からインク流路４内に供給されたインクは、ヒータ２の発熱により加熱されて、発泡する。その発泡により、可動弁７の自由端の変形を伴って、吐出口３からインクが吐出される。可動弁７は、効率よくインクを吐出させるように、インク中の気泡の成長方向を規制する。
【００２７】
図４は、吐出エレメント１０１と配線基板１０２との接続部分を説明するための断面図である。図４において、土手６、可動弁７、および液室壁１４の図示は省略する。
【００２８】
ヒータボード１上に形成されたボンディングパッド９と、配線基板１２上に形成されたボンディングパッド１０と、は、ワイヤボンディング技術によりワイヤ１１を用いて接続される。ヒータボード１には、天板１６と、インク供給路１２などを形成する流路形成部材１０４が接合され、それらは精密に位置決めされる。一般に、ワイヤ１１の位置は、ボンディングパッド９，１０の表面（ワイヤ１１の接続面）よりも２５０μｍ程度高くなる。ヒータボード１上におけるヒータ形成面とパッド形成面との間には、段差Ｈが形成されているため、流路形成部材１０４とワイヤ１１との間に充分な隙間を空けることができる。したがって、流路形成部材１０４とワイヤ１１との接触を防止して、それらの接触に起因する電気的不良の発生を回避することができる。
【００２９】
流路形成部材１０４によって形成されるインク供給路（液体供給路）１２の断面積を増すことにより、そのインク供給路１２におけるインクの圧力損失を減少させることができる。その場合、流路形成部材１０４の部分１０４Ａの厚みをベースプレート１側に向かって増すことにより、記録ヘッドの外形寸法の増加を避けることができる。このように、ボンディングパッド９の上方に位置する流路形成部材１０４の部分１０４Ａの厚みを増したとしても、その部分１０４Ａがワイヤ１１に接触することはない。したがって、記録ヘッドの外径寸法の増加を避けつつ、インク供給路１２の断面積を増すことにより、インクの圧力損失を減少させて、インクのリフィル性能を向上させることができる。つまり、高度な吐出周波数応答性と記録ヘッドの小型化を達成することができる。
【００３０】
図５（ａ）〜（ｆ）および図６（ａ）〜（ｆ）は、吐出エレメント１０１の製造方法の一例を説明するための図である。図６（ａ）は、ヒータ２の中心を通ってヒータ形成面に垂直な図５（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図であり、図６（ｂ）〜（ｆ）のそれぞれも同様である。図５（ａ）は、図６（ａ）のＶ−Ｖ線に沿う断面図に相当し、図５（ｂ）〜（ｆ）のそれぞれも同様である。
【００３１】
まず、図５（ａ），図６（ａ）に示すように、シリコンウェハに画成されるヒータボード１におけるパッド形成位置をエッチング加工して、そのパッド形成位置とヒータ形成位置との間に段差Ｈを形成する。すなわち、シリコンウェハの表面全体にレジスト膜を形成した後、フォトマスクを介して露光し、パッド形成位置およびその周囲におけるシリコンウェハの表面のみを露出させる。それから、その露出したシリコンウェハの表面をエッチングして掘り込むことにより、そのシリコンウェハに画成されるヒータボード１に、段差Ｈを形成する。
【００３２】
その後、シリコンウェハに対して熱酸化法、ＣＶＤ法、あるいはスパッタリング法等により成膜し、チッ化タンタル等からなる発熱抵抗層、およびアルミ等の金属配線などを積層してヒータ２を形成すると共に、ボンディングパッド９を形成する。これにより、ヒータボード１が完成する。
【００３３】
次に、紫外線感光樹脂フィルムとの密着性の向上を目的として、ヒータボード１の表面を洗浄し、さらにヒータボード１の表面を紫外線−オゾン等によって改質する。その後、その改質したヒータボード１の表面上に、例えば、シランカップリング剤をエチルアルコールで１重量％に希釈した液をスピンコートする。次に、ヒータボード１の表面を洗浄してから、図５（ｂ），図６（ｂ）のように、ヒータボード１上に紫外線感光樹脂フィルム１５をラミネートする。そして、その紫外線感光樹脂フィルム１５上に、フォトマスクを介して矢印方向から紫外線を照射する。これにより、図５（ｃ），図６（ｃ）のように土手６などを形成する。
【００３４】
その後、さらに紫外線感光樹脂フィルムをラミネートしてから紫外線を照射することにより、図５（ｄ），図６（ｄ）のようにノズル壁５と液室壁１４などを形成する。土手６やノズル壁５等は、キシレンとブチルセルソルブアセテートとの混合液からなる現像液によって現像され、露光部分として硬化することにより形成される。未露光部分は融解される。
【００３５】
その後、図５（ｅ），図６（ｅ）のように、可動弁７を設置して固定する。それから、図５（ｆ），図６（ｆ）のように、予め感光性樹脂フィルムをラミネートしておいた天板１６をノズル壁５上に接合する。その後、２００度程度のキュアを経て、吐出エレメント１０１が完成する。
【００３６】
（第２の実施形態）
図７から図１２は、本発明の第２の実施形態を説明するための図である。
【００３７】
図７は、本実施形態における記録ヘッドの要部の斜視図、図８は、インク流路４部分の断面図、図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。図８は、図９のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図に相当する。本実施形態における吐出エレメントは、前述した第１の実施形態における吐出エレメント１０１と同様の構成のものを２つ上下対称的に組み合わせた構成となっている。つまり、吐出エレメント１０１と同様の構成のものが２つ対向配備されている。そのため、２つのヒータボード１の間にインク流路４が形成され、１つのインク流４に対して、２つのヒータ２と２つの可動弁７が備えられる。図７から図８において、前述した第１の実施形態における記録ヘッドと同様の部分には同一符号を付して、その説明は省略する。
【００３８】
本例において、上下のヒータボード１のそれぞれには、前述した実施形態と同様に、ヒータ形成面とパッド形成面との間に段差Ｈが形成されている。そのため、インクのリフィル性能を向上させるために上下のヒータ２を近接して配置した場合に、上下のワイヤ１１同士の接触を防止することができる。しかも、共通液室８を含むインク供給路の断面積を大きく設定して、インクのリフィル性能をさらに向上させることができる。したがって、高度な吐出周波数応答性を達成することができる。また、このような構成の記録ヘッドは、種々の記録媒体に画像を記録するために特殊なインクを吐出する記録ヘッドとして好適であり、粘性が高いインクを安定的に吐出することができる。
【００３９】
図１０（ａ）から（ｆ）は、本例の記録ヘッドにおけるインクの吐出過程を説明するための図である。これらの図は図８と同様の断面であり、ノズルの断面は、吐出口３の中心線Ｌに対して上下対称となっている。
【００４０】
図１０（ａ）は、ヒータ２が通電されていない通電前の状態であり、吐出口３付近のインクは、メニスカス１３を形成してインク流路４内に保持されている。ヒータ２に通電して発熱させることにより、図１０（ｂ），（ｃ）のようにインク流路４内のインクが発泡し、可動弁７は、その気泡の発生によって生じるインクの圧力の伝播方向を吐出口３の方向に導くように変位する。図１０（ｂ）は発泡開始時の状態を示し、図１０（ｃ）は最大発泡時の状態を示す。インク流路４内のインクは、発泡によって生じた圧力により吐出口３から押し出され、気泡の成長に伴ってインクの液柱を形成する。
【００４１】
ヒータ２によるインクの加熱が終了することにより、図１０（ｄ），（ｅ）のように気泡が収縮する。図１０（ｄ）は、気泡が収縮する消泡開始時の状態を示し、図１０（ｅ）は消泡時の状態を示す。このような気泡の収縮に伴い、吐出口３付近のインクはインク流路４内に引き込まれる。インクの液柱の先端部分にはインクの吐出方向への慣性力が働いているため、その液柱の先端部分は、インク流路４内のインクから切り離される。その切り離された液柱は、インクの表面張力によって主滴Ｉａと副滴（サテライト）Ｉｂを形成し、それらは記録媒体に向けて飛翔する。それらのインク滴が記録媒体上に着弾することにより、画像が記録される。図１０（ｆ）は、インク滴の吐出後の状態を示す。
【００４２】
このようなヒータ２への通電、インク流路４内のインクへの圧力伝播、インクの吐出という一連の動作は、画像の記録動作中において高速かつ安定して行われなければならない。そのため、ヒータ２の発熱がインクに効率的に伝達されるように、上下のヒータ２は近接させる必要がある。一方、高速記録時には、図１０（ｅ）のようにインクが吐出した後に、図１０（ｆ）のようにインク流路４内に即時にインクがリフィルされなければならない。そのため、インク供給路におけるインクの流路抵抗は小さくする必要がある。
【００４３】
本例の記録ヘッドにおいては、前述したように、ヒータボード１に段差Ｈが形成されて、上下のヒータボード１上におけるボンディングパッド９の対向間隔が大きく設定されている。そのため、上下のヒータ２を近接させた場合にも、共通液室８を含むインク供給路の断面積を大きくして、インクの流路抵抗を小さくすることができる。これにより、高度な吐出周波数応答性を達成することができる。本例の場合、上下のヒータボード１上におけるボンディングパッド９の対向間隔は、それらのヒータボード１上におけるヒータ２の対向間隔よりも大きい。
【００４４】
図１１（ａ）〜（ｈ）および図１２（ａ）〜（ｈ）は、本実施形態における吐出エレメントの製造方法の一例を説明するための図である。図１２（ａ）は、ヒータ２の中心を通ってヒータ形成面に垂直な図１１（ａ）のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図であり、図１２（ｂ）〜（ｈ）のそれぞれも同様である。図１１（ａ）は、図１２（ａ）のＸＩ−ＸＩ線に沿う断面図に相当し、図１２（ｂ）〜（ｈ）のそれぞれも同様である。
【００４５】
本実施形態における吐出エレメントは、前述した第１の実施形態における吐出エレメント１０１と同様の構成のものを２つ上下対称的に組み合わせた構成となっている。以下においては、吐出エレメント１０１と同様の構成の下側のものを「下側チップＣ１」といい、また、吐出エレメント１０１と同様の構成の上側のものを「上側チップＣ２」という。図１１（ａ）〜（ｆ）および図１２（ａ）〜（ｆ）の工程はチップＣ１，Ｃ２に共通であり、また図１１（ｇ）および図１１（ｇ）は下側チップＣ１のみの工程である。
【００４６】
まず、図１１（ａ），図１２（ａ）に示すように、シリコンウェハに画成されるヒータボード１におけるパッド形成位置をエッチング加工して、そのパッド形成位置とヒータ形成位置との間に段差Ｈを形成する。すなわち、シリコンウェハの表面全体にレジスト膜を形成した後、フォトマスクを介して露光し、パッド形成位置およびその周囲におけるシリコンウェハの表面のみを露出させる。それから、その露出したシリコンウェハの表面をエッチングして掘り込むことにより、そのシリコンウェハに画成されるヒータボード１に、段差Ｈを形成する。
【００４７】
その後、シリコンウェハに対して熱酸化法、ＣＶＤ法、あるいはスパッタリング法等により成膜し、チッ化タンタル等からなる発熱抵抗層、およびアルミ等の金属配線などを積層してヒータ２を形成すると共に、ボンディングパッド９を形成する。これにより、ヒータボード１が完成する。
【００４８】
次に、紫外線感光樹脂フィルムとの密着性の向上を目的として、ヒータボード１の表面を洗浄し、さらにヒータボード１の表面を紫外線−オゾン等によって改質する。その後、その改質したヒータボード１の表面上に、例えば、シランカップリング剤をエチルアルコールで１重量％に希釈した液をスピンコートする。次に、ヒータボード１の表面を洗浄してから、図１１（ｂ），図１２（ｂ）のように、ヒータボード１上に紫外線感光樹脂フィルム１５をラミネートする。そして、その紫外線感光樹脂フィルム１５上に、フォトマスクを介して矢印方向から紫外線を照射する。これにより、図１１（ｃ），図１２（ｃ）のように、ノズル壁５や土手６の下層部分などを形成する。
【００４９】
その後、さらに紫外線感光樹脂フィルムをラミネートしてから紫外線を照射することにより、図１１（ｄ），図１２（ｄ）のようにノズル壁５や土手６などを形成する。ノズル壁５や土手６等は、キシレンとブチルセルソルブアセテートとの混合液からなる現像液によって現像され、露光部分として硬化することにより形成される。未露光部分は融解される。
【００５０】
その後、図１１（ｅ），図１２（ｅ）のように、可動弁７を設置して固定する。それから、図１１（ｆ），図１２（ｆ）のように、液室壁１４を形成する。以上の工程により上側チップＣ２が完成し、下側チップＣ１は、さらに図１１（ｇ），図１２（ｇ）の工程を経ることにより完成する。
【００５１】
図１１（ｇ），図１２（ｇ）の工程においては、下側チップＣ１におけるノズル壁５の上に、さらに紫外線感光樹脂フィルムをラミネートしてから紫外線照射を行う。そして、キシレンとブチルセルソルブアセテートとの混合液からなる現像液により現像し、ノズル壁５の上層部を露光して硬化させ、未露光部分は融解させる。この結果、下側チップＣ１のノズル壁５が土手６の最上面よりも高く形成され、それらの間に段差ｈが形成される。
【００５２】
このように、図１１（ｇ），図１２（ｇ）までの工程を経て作成された下側チップＣ１と、図１１（ｆ），図１２（ｆ）までの工程を経て作成された上側チップＣ２と、は、図１１（ｈ），図１２（ｈ）のように接合される。まず、下側チップＣ１のノズル壁５の上面に紫外線感光樹脂フィルムをラミネートする。その後、下側チップＣ１のヒータ２の中心と、上側チップＣ２のヒータ２の中心と、を一致させるように、それらのチップＣ１，Ｃ２を精密に位置決めして接合する。そして、それらを加熱することにより、紫外線感光樹脂フィルムを硬化させて、チップＣ１，Ｃ２を接着させる。
【００５３】
このようにして、下側チップＣ１における段差ｈの部分を吐出口３として、本実施形態における記録ヘッドの吐出エレメントが完成する。
【００５４】
（他の実施形態）
ヒータボード側と配線基板側のボンディングパッドの接続方法は、ワイヤを介しての方法のみに限定されない。例えば、ヒータボード側のパッドに形成されたバンプ電極に、ＴＡＢのリード部を直接接合させる形態など、種々の接続方法を採用することができる。
【００５５】
また、ヒータボードにおけるヒータ形成面とパッド形成面との間の段差Ｈを形成するための方法は、本例のようなエッチングを用いる方法のみに限定されない。例えば、機械的な切削手段にて段差Ｈを形成してもよい。また、パッド形成面の位置は、ヒータ形成面の位置よりもヒータボードの厚み方向において低ければよく、このような条件を満たすように、ヒータボードの表面が成形できればよい。
【００５６】
また本発明は、インクを吐出する記録ヘッドの他、種々の液体を吐出する液体吐出ヘッドとして広く適用可能であり、そのような液体吐出ヘッドは、インクジェット記録装置以外の種々の液体吐出装置に用いることができる。また、液体流路内の液体を吐出させるための吐出エネルギー発生素子は、電気熱変換体（ヒータ）のみに特定されず、ピエゾ素子などを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施形態における記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】図１の記録ヘッドを適用可能な記録装置の概略正面図である。
【図３】図１の記録ヘッドにおける吐出エレメントの一部切欠き斜視図である。
【図４】図３の吐出エレメントと配線基板との接続部分の断面図である。
【図５】（ａ）から（ｆ）は、図３の吐出エレメントの製造方法の一例の説明するための断面図である。
【図６】（ａ）から（ｆ）は、図３の吐出エレメントの製造方法の一例の説明するための断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の記録ヘッドにおける吐出エレメントの一部切欠き斜視図である。
【図８】図７の吐出エレメントと配線基板との接続部分の断面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。
【図１０】（ａ）から（ｆ）は、本発明の第２の実施形態の記録ヘッドによるインクの吐出過程の説明図である。
【図１１】（ａ）から（ｈ）は、図７の吐出エレメントの製造方法の一例の説明するための断面図である。
【図１２】（ａ）から（ｈ）は、図７の吐出エレメントの製造方法の一例の説明するための断面図である。
【図１３】従来の記録ヘッドの一例の要部を説明するための断面図である。
【図１４】従来の記録ヘッドの他の例の要部を説明するための断面図である。
【図１５】図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ ヒータボード（素子基板）
２ ヒータ（吐出エネルギー発生素子）
３ 吐出口
４ インク流路（液体流路）
８ 共通液室
９，１０ ボンディングパッド（接続端子）
１１ ワイヤ
１２ インク供給路（液体供給路）
１００ 記録ヘッド（液体吐出ヘッド）
１０１ 吐出エレメント
１０２ 配線基板
１０３ ベースプレート（セラミックプレート）
１０４ 流路形成部材
Ｈ 段差
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクなどの液体を吐出可能な液体吐出ヘッド、および、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
種々の液体を吐出可能な液体吐出ヘッドとしては、例えば、液体のインクを吐出可能なインクジェット記録ヘッドがある。この記録ヘッドは、圧力エネルギーをインクに与えることにより、そのインクに急峻な体積変化を伴う状態変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によって、吐出口からインクを吐出する構成となっている。圧力エネルギーをインクに与えるための吐出エネルギー発生素子としては、電気熱変換体（ヒータ）やピエゾ素子などが用いられる。電気熱変換体を用いた場合には、その発熱によりノズル内のインクを発泡させ、その発泡エネルギーを利用して、吐出口からインクを吐出することができる。このような記録ヘッドを用いるインクジェット記録装置は、その記録ヘッドから吐出されたインクを記録媒体に付着させることにより画像を記録する。
【０００３】
特許文献１には、図１３のように、ベースプレート２１に積層されたヒータボード（素子基板）２２に、吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換体（以下、「ヒータ」という）２３を備えた記録ヘッドが記載されている。ヒータボード２２には、天板２４と流路形成部材２５が順次接合されており、ヒータボード２２と天板２４との間には、複数のノズルを構成する複数のインク流路２５が形成されている。流路形成部材２５内のインク供給路２６を通して供給されるインクは、共通液室２７からそれぞれのインク流路２５に導入される。ベースプレート２１に接合された配線基板２８上のボンディングパッド２９と、ヒータボード２２上のボンディングパッド３０と、の間は、ワイヤ３１によって電気的に接続されている。
【０００４】
ヒータ２３の駆動信号は、配線基板２８からワイヤ３１を通してヒータ２３に伝達され、その駆動信号によってヒータ２３が発熱する。その発熱によりインク流路２５内のインクが発泡し、その発泡エネルギーによって、インク吐出口からインクが吐出される。
【０００５】
ヒータボード２２上には、絶縁層、発熱抵抗層、金属配線、および保護膜などが積層されており、その電気発熱層によってヒータ２３が形成され、その金属配線を通してヒータ２３がボンディングパッド３０に接続される。ヒータボード２２の表面はフラットに形成されており、その表面上に、少なくとも１つの層を介してヒータ２３とボンディングパッド３０が形成されている。したがって、ヒータ２３が形成されるヒータボード２２の表面と、ボンディングパッド３０が形成されるヒータボード２２の表面と、は同一平面上にあり、ヒータ２３とボンディングパッド３０はほぼ同一平面上に位置する。
【０００６】
特許文献２には、図１４および図１５のように、２つのヒータボード２２の間にインク流路２５を形成し、１つのインク流路２５に対して、２つのヒータ２３と２つの可動弁３２を備えた記録ヘッドが記載されている。図１４は、インク流路２５部分の断面図であり、図１５は、図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿う断面図である。図１４は、図１５のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う断面図に相当する。３３は、共通液室２７を形成するための壁３３であり、３４は、インク流路２５を形成するためのノズル壁３４である。図１４および図１５の例においては、下側のヒータボード２２のヒータ２３に対して、下側の配線基板２８からワイヤ３１を通して駆動信号が供給され、上側のヒータボード２２のヒータ２３に対して、上側の配線基板２８からワイヤ３１を通して駆動信号が供給される。特許文献２には、上下のヒータボード２２上のボンディングパッド３０をバンプ電極とし、それらのバンプ電極の間に配線基板を挟むようにして接続する構成が記載されている。
【０００７】
上下のヒータ２３の発熱によりインク流路２５内のインクが発泡し、そのときにおけるインク中の気泡の成長方向は、上下の可動弁３２の自由端の変形を伴って、インク吐出口の方向に規制される。この結果、インクの吐出量の増大と、インクのリフィル速度の向上が可能となる。このような記録ヘッドは、種々の記録媒体に画像を記録するために特殊なインクを吐出する記録ヘッドとして好適であり、粘性が高いインクを安定的に吐出することができる。
【０００８】
図１３の記録ヘッドと同様に、上下のヒータボード２２上のそれぞれにおいて、ヒータ２３が形成されるヒータボード２２の表面と、ボンディングパッド３０が形成されるヒータボード２２の表面と、は同一平面上にある。したがって、ヒータ２３とボンディングパッド３０はほぼ同一平面上に位置する。特許文献２に記載されているように、上下のヒータボード２２上のボンディングパッド３０をバンプ電極とし、それらのバンプ電極の間に配線基板を挟むようにして接続した場合も同様である。すなわち、ヒータ２３が形成されるヒータボード２２の表面と、バンプ電極が形成されるヒータボード２２の表面と、は同一平面上にあり、ヒータ２３とバンプ電極はほぼ同一平面上に位置する。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−６７３３０号公報
【特許文献２】特開平１０−３３７８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、インクジェット記録装置に対しては、記録速度のさらなる高速化が要求されてきている。このような要求に応えるための記録ヘッドには、吐出エネルギー発生素子へのエネルギーの印加、ノズル内のインクへの圧力伝播、そしてインクの吐出という一連の動作を高速かつ安定的に連続可能であること、つまり高度な吐出周波数応答性が求められる。その対策としては、記録ヘッド内におけるインクの圧力損失を小さくするために、大容量のインク供給室を備えたり、インク流路の断面積を増やすことが考えられる。しかしながら、このような対策を講じた場合には、記録ヘッドの全体寸法が増して、それを備える記録装置の大型化を招くおそれがある。
【００１１】
例えば、図１３の記録ヘッドにおいて、インクの流路抵抗を小さくするためにインク供給路２６の内径を増す場合には、流路形成部材２５の堅牢性を維持するために、インク供給路２６の周囲の肉厚は大きくすることが望ましい。しかし、流路形成部材２５の厚みを増した場合には、記録ヘッドの外形寸法の増加を招くおそれがある。その記録ヘッドの外形寸法の増加を避けるために、流路形成部材２５の厚みをベースプレート２１側に向かって増した場合には、その厚くした部分２５Ａがワイヤ３１に接近してしまう。ワイヤ３１の配線されたときの高さのバラツキ、あるいは記録ヘッドの構成部品の寸法のバラツキによっては、流路形成部材２５の部分２５Ａとワイヤ３１とが干渉するおそれがある。したがって、高度な吐出周波数応答性と記録ヘッドの小型化を達成することが難しかった。
【００１２】
また、図１４および図１５の記録ヘッドにおいて、上下のヒータ２３の対向間隔が大き過ぎた場合には、インクの発泡エネルギーがインク流路２５内にて減衰して、圧力がインク吐出口方向へ伝播しづらくなる。また、上下の可動弁３２の対向間隔も大きくなり、それらの可動範囲が増大して、インクのリフィル性能の向上が望めなくなるおそれがある。したがって、上下のヒータ２３は近接して配置する必要がある。
【００１３】
しかし、このように上下のヒータ２３を近接させた場合には、上下のヒータボード２２におけるボンディングパッド３０も近接してしまう。そのため、それらのパッド３０に接続されるワイヤ３１同士が接近して、接触するおそれがある。また、特許文献２に記載されているように、上下のヒータボード２２上のバンプ電極の間に、配線基板を挟むようにして接続する場合には、それらのバンプ電極と配線基板の厚み分の寸法を上下のヒータボード２２の間に確保しなければならない。そのため、上下のヒータ２３を近接させることが難しくなる。
【００１４】
本発明の目的は、液体吐出ヘッドの小型化および液体のリフィル性能を確保しつつ、吐出エネルギー発生素子を備えた素子基板と、配線基板と、を適確に接続することができる液体吐出ヘッドおよび液体吐出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】
【００１５】
本発明の液体吐出ヘッドは、吐出口に連通する液体流路と対向する素子基板の表面上に、前記液体流路内の液体を前記吐出口から吐出させるためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子と、前記吐出エネルギー発生素子に電気的に接続される接続端子と、が形成され、前記接続端子に配線基板が電気的に接続される液体吐出ヘッドにおいて、前記接続端子が形成される前記表面上の端子形成面の位置は、前記吐出エネルギー発生素子が形成される前記表面上の素子形成面の位置よりも、前記素子基板の厚み方向において低いことを特徴とする。
【００１６】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、吐出口に連通する液体流路と対向する素子基板の表面上に、前記液体流路内の液体を前記吐出口から吐出させるためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子と、前記吐出エネルギー発生素子に電気的に接続される接続端子と、が形成され、前記接続端子に配線基板が電気的に接続される液体吐出ヘッドの製造方法において、前記接続端子が形成される前記表面上の端子形成面の位置を、前記吐出エネルギー発生素子が形成される前記表面上の素子形成面の位置よりも、前記素子基板の厚み方向において低くするように、前記素子基板の前記表面を成形する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、素子基板の表面上における接続端子の形成位置を、素子基板の表面上における吐出エネルギー発生素子の形成位置よりも低くすることにより、接続端子と配線基板との接続部の周りの空間を広く確保することができる。したがって、最適な液体流路や液体供給路を形成して、液体吐出ヘッドの小型化および液体のリフィル性能を確保しつつ、素子基板と配線基板とを適確に接続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の液体吐出ヘッドの構成例を説明するための分解斜視図である。本例の液体吐出ヘッドは、インクジェット記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッド１００としての適用例である。
【００１９】
セラミックプレート（ベースプレート）１０３上には、後述するように吐出エネルギー発生素子、インク流路、および共通液室などを備えた吐出エレメント１０１と、電気配線基板１０２と、が配置される。流路形成部材１０４には、吐出エレメント１０１内の共通液室に接続されるインク供給路と、そのインク供給路に連通しかつインクタンクに接続されるインク供給口が形成されている。インクタンクのインクは、インク供給路を通して共通液室に供給される。
【００２０】
図２は、記録ヘッド１００を用いるインクジェット記録装置２０１の構成例を説明するための概略正面図である。本例の記録装置２０１は、いわゆるフルラインタイプの記録装置であり、搬送部２０４によって矢印Ｙ方向に連続的に搬送される記録媒体Ｐに対して、記録位置に移動した記録ヘッド１００からインクを吐出することにより、記録媒体Ｐ上に画像を記録する。記録媒体Ｐは給紙部２０６から給紙され、記録ヘッド１００が吐出するインクはインクタンク２０３から供給される。本例の場合は、６つのインクタンク２０３から、イエロ（Ｙ）、淡マゼンタ（ＬＭ）、マゼンタ（Ｍ）、淡シアン（ＬＣ）、シアン（Ｃ）、およびブラック（Ｋ）のインクが６つの記録ヘッド１００に供給される。記録ヘッド１００は、記録媒体Ｐの幅方向における記録領域の全域に亘って延在するように、長尺に構成されている。２０２は、記録ヘッド１００に対して回復処理を行うための回復ユニット２０２、２０５はオペレーションパネル部である。
【００２１】
図３は、記録ヘッド１００の要部の斜視図である。
【００２２】
セラミックプレート（ベースプレート）１０３上には、吐出エレメント１０１のヒータボード（素子基板）１と、配線基板１０２と、が接合されている。ヒータボード１には、吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換体（以下、「ヒータ」という）が複数配置されている。ヒータ２は、例えば、チッ化タンタル等の発熱抵抗層により形成されており、その厚さは０．０１〜０．５μｍ、シート抵抗値は単位正方形当たり１０〜３００Ωである。ヒータ２には、通電のためのアルミニウム等の金属配線（図示せず）が接続されている。ヒータボード１上には、このような発熱抵抗層や金属配線の他、絶縁層や保護膜などが積層されており、その電気発熱層によってヒータ２が形成され、その金属配線を通して、ヒータ２がボンディングパッド（接続端子）９に接続される。ボンディングパッド９は、ヒータボード１上において、ヒータ２が配列された配列部と反対側の端部に複数形成されている。ヒータ２とボンディングパッド９は、少なくとも１つの層を介してヒータボード１上に形成されている。
【００２３】
ヒータ２が形成されるヒータボード１の表面（以下、「ヒータ形成面（素子形成面）」ともいう）と、ボンディングパッド９が形成されるヒータボード１の表面（以下、「パッド形成面（端子形成面）」ともいう）と、はヒータボード１の厚み方向にずれている。つまり、ヒータボード１の表面には段差Ｈが形成されており、パッド形成面はヒータ形成面よりも低い位置にある。また、それらのパッド形成面とヒータ形成面は、互いに平行な平面に形成されている。パッド形成面は、ヒータ形成面の一部をエッチングすることにより形成される。
【００２４】
配線基板１０２には、複数のボンディングパッド９のそれぞれの対応する複数のボンディングパッド１０が形成されている。それらのパッド６，１０は、ワイヤ１１によって電気的に接続され、そのワイヤ１１を通して、配線基板１０２からの電気信号がヒータ２に伝達される。配線基板１０２には、ヒータ２への通電を制御するためのスイッチングトランジスタ（図示せず）、そのスイッチトランジスタを制御するためのゲート素子等の回路からなる制御ＩＣなどが搭載されている。これにより、記録装置からの駆動信号に応じてヒータ２が駆動される。
【００２５】
ヒータボード１上に形成されたノズル壁４に天板１６が接合されることにより、複数のヒータ２のそれぞれに対応する複数のインク流路（液体流路）４が形成されている。インク流路４は、ヒータの上方に位置する。インク流路４の一端は吐出口３にて開口し、その他端は共通液室８に連通されている。以下、インク流路４、吐出口３、およびヒータ２を含めて「ノズル」ともいう。ヒータボード１には、吐出口３の縁部に位置する土手６が形成されている。また、それぞれのインク流路４内には可動弁７が配設されており、それらの可動弁７の基端は、ヒータボード１上の弁台座（図示せず）に支持されている。共通液室８とボンディングパッド９の配列部との間には、液室壁１４が形成されており、その液室壁１４からノズルに向かう空間が、インクタンクから供給されるインクを貯留するための共通液室８となる。本例において、ノズル壁４、土手６、液室壁１４は、感光性樹脂により形成される。
【００２６】
共通液室８からインク流路４内に供給されたインクは、ヒータ２の発熱により加熱されて、発泡する。その発泡により、可動弁７の自由端の変形を伴って、吐出口３からインクが吐出される。可動弁７は、効率よくインクを吐出させるように、インク中の気泡の成長方向を規制する。
【００２７】
図４は、吐出エレメント１０１と配線基板１０２との接続部分を説明するための断面図である。図４において、土手６、可動弁７、および液室壁１４の図示は省略する。
【００２８】
ヒータボード１上に形成されたボンディングパッド９と、配線基板１２上に形成されたボンディングパッド１０と、は、ワイヤボンディング技術によりワイヤ１１を用いて接続される。ヒータボード１には、天板１６と、インク供給路１２などを形成する流路形成部材１０４が接合され、それらは精密に位置決めされる。一般に、ワイヤ１１の位置は、ボンディングパッド９，１０の表面（ワイヤ１１の接続面）よりも２５０μｍ程度高くなる。ヒータボード１上におけるヒータ形成面とパッド形成面との間には、段差Ｈが形成されているため、流路形成部材１０４とワイヤ１１との間に充分な隙間を空けることができる。したがって、流路形成部材１０４とワイヤ１１との接触を防止して、それらの接触に起因する電気的不良の発生を回避することができる。
【００２９】
流路形成部材１０４によって形成されるインク供給路（液体供給路）１２の断面積を増すことにより、そのインク供給路１２におけるインクの圧力損失を減少させることができる。その場合、流路形成部材１０４の部分１０４Ａの厚みをベースプレート１側に向かって増すことにより、記録ヘッドの外形寸法の増加を避けることができる。このように、ボンディングパッド９の上方に位置する流路形成部材１０４の部分１０４Ａの厚みを増したとしても、その部分１０４Ａがワイヤ１１に接触することはない。したがって、記録ヘッドの外径寸法の増加を避けつつ、インク供給路１２の断面積を増すことにより、インクの圧力損失を減少させて、インクのリフィル性能を向上させることができる。つまり、高度な吐出周波数応答性と記録ヘッドの小型化を達成することができる。
【００３０】
図５（ａ）〜（ｆ）および図６（ａ）〜（ｆ）は、吐出エレメント１０１の製造方法の一例を説明するための図である。図６（ａ）は、ヒータ２の中心を通ってヒータ形成面に垂直な図５（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図であり、図６（ｂ）〜（ｆ）のそれぞれも同様である。図５（ａ）は、図６（ａ）のＶ−Ｖ線に沿う断面図に相当し、図５（ｂ）〜（ｆ）のそれぞれも同様である。
【００３１】
まず、図５（ａ），図６（ａ）に示すように、シリコンウェハに画成されるヒータボード１におけるパッド形成位置をエッチング加工して、そのパッド形成位置とヒータ形成位置との間に段差Ｈを形成する。すなわち、シリコンウェハの表面全体にレジスト膜を形成した後、フォトマスクを介して露光し、パッド形成位置およびその周囲におけるシリコンウェハの表面のみを露出させる。それから、その露出したシリコンウェハの表面をエッチングして掘り込むことにより、そのシリコンウェハに画成されるヒータボード１に、段差Ｈを形成する。
【００３２】
その後、シリコンウェハに対して熱酸化法、ＣＶＤ法、あるいはスパッタリング法等により成膜し、チッ化タンタル等からなる発熱抵抗層、およびアルミ等の金属配線などを積層してヒータ２を形成すると共に、ボンディングパッド９を形成する。これにより、ヒータボード１が完成する。
【００３３】
次に、紫外線感光樹脂フィルムとの密着性の向上を目的として、ヒータボード１の表面を洗浄し、さらにヒータボード１の表面を紫外線−オゾン等によって改質する。その後、その改質したヒータボード１の表面上に、例えば、シランカップリング剤をエチルアルコールで１重量％に希釈した液をスピンコートする。次に、ヒータボード１の表面を洗浄してから、図５（ｂ），図６（ｂ）のように、ヒータボード１上に紫外線感光樹脂フィルム１５をラミネートする。そして、その紫外線感光樹脂フィルム１５上に、フォトマスクを介して矢印方向から紫外線を照射する。これにより、図５（ｃ），図６（ｃ）のように土手６などを形成する。
【００３４】
その後、さらに紫外線感光樹脂フィルムをラミネートしてから紫外線を照射することにより、図５（ｄ），図６（ｄ）のようにノズル壁５と液室壁１４などを形成する。土手６やノズル壁５等は、キシレンとブチルセルソルブアセテートとの混合液からなる現像液によって現像され、露光部分として硬化することにより形成される。未露光部分は融解される。
【００３５】
その後、図５（ｅ），図６（ｅ）のように、可動弁７を設置して固定する。それから、図５（ｆ），図６（ｆ）のように、予め感光性樹脂フィルムをラミネートしておいた天板１６をノズル壁５上に接合する。その後、２００度程度のキュアを経て、吐出エレメント１０１が完成する。
【００３６】
（第２の実施形態）
図７から図１２は、本発明の第２の実施形態を説明するための図である。
【００３７】
図７は、本実施形態における記録ヘッドの要部の斜視図、図８は、インク流路４部分の断面図、図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。図８は、図９のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図に相当する。本実施形態における吐出エレメントは、前述した第１の実施形態における吐出エレメント１０１と同様の構成のものを２つ上下対称的に組み合わせた構成となっている。つまり、吐出エレメント１０１と同様の構成のものが２つ対向配備されている。そのため、２つのヒータボード１の間にインク流路４が形成され、１つのインク流４に対して、２つのヒータ２と２つの可動弁７が備えられる。図７から図８において、前述した第１の実施形態における記録ヘッドと同様の部分には同一符号を付して、その説明は省略する。
【００３８】
本例において、上下のヒータボード１のそれぞれには、前述した実施形態と同様に、ヒータ形成面とパッド形成面との間に段差Ｈが形成されている。そのため、インクのリフィル性能を向上させるために上下のヒータ２を近接して配置した場合に、上下のワイヤ１１同士の接触を防止することができる。しかも、共通液室８を含むインク供給路の断面積を大きく設定して、インクのリフィル性能をさらに向上させることができる。したがって、高度な吐出周波数応答性を達成することができる。また、このような構成の記録ヘッドは、種々の記録媒体に画像を記録するために特殊なインクを吐出する記録ヘッドとして好適であり、粘性が高いインクを安定的に吐出することができる。
【００３９】
図１０（ａ）から（ｆ）は、本例の記録ヘッドにおけるインクの吐出過程を説明するための図である。これらの図は図８と同様の断面であり、ノズルの断面は、吐出口３の中心線Ｌに対して上下対称となっている。
【００４０】
図１０（ａ）は、ヒータ２が通電されていない通電前の状態であり、吐出口３付近のインクは、メニスカス１３を形成してインク流路４内に保持されている。ヒータ２に通電して発熱させることにより、図１０（ｂ），（ｃ）のようにインク流路４内のインクが発泡し、可動弁７は、その気泡の発生によって生じるインクの圧力の伝播方向を吐出口３の方向に導くように変位する。図１０（ｂ）は発泡開始時の状態を示し、図１０（ｃ）は最大発泡時の状態を示す。インク流路４内のインクは、発泡によって生じた圧力により吐出口３から押し出され、気泡の成長に伴ってインクの液柱を形成する。
【００４１】
ヒータ２によるインクの加熱が終了することにより、図１０（ｄ），（ｅ）のように気泡が収縮する。図１０（ｄ）は、気泡が収縮する消泡開始時の状態を示し、図１０（ｅ）は消泡時の状態を示す。このような気泡の収縮に伴い、吐出口３付近のインクはインク流路４内に引き込まれる。インクの液柱の先端部分にはインクの吐出方向への慣性力が働いているため、その液柱の先端部分は、インク流路４内のインクから切り離される。その切り離された液柱は、インクの表面張力によって主滴Ｉａと副滴（サテライト）Ｉｂを形成し、それらは記録媒体に向けて飛翔する。それらのインク滴が記録媒体上に着弾することにより、画像が記録される。図１０（ｆ）は、インク滴の吐出後の状態を示す。
【００４２】
このようなヒータ２への通電、インク流路４内のインクへの圧力伝播、インクの吐出という一連の動作は、画像の記録動作中において高速かつ安定して行われなければならない。そのため、ヒータ２の発熱がインクに効率的に伝達されるように、上下のヒータ２は近接させる必要がある。一方、高速記録時には、図１０（ｅ）のようにインクが吐出した後に、図１０（ｆ）のようにインク流路４内に即時にインクがリフィルされなければならない。そのため、インク供給路におけるインクの流路抵抗は小さくする必要がある。
【００４３】
本例の記録ヘッドにおいては、前述したように、ヒータボード１に段差Ｈが形成されて、上下のヒータボード１上におけるボンディングパッド９の対向間隔が大きく設定されている。そのため、上下のヒータ２を近接させた場合にも、共通液室８を含むインク供給路の断面積を大きくして、インクの流路抵抗を小さくすることができる。これにより、高度な吐出周波数応答性を達成することができる。本例の場合、上下のヒータボード１上におけるボンディングパッド９の対向間隔は、それらのヒータボード１上におけるヒータ２の対向間隔よりも大きい。
【００４４】
図１１（ａ）〜（ｈ）および図１２（ａ）〜（ｈ）は、本実施形態における吐出エレメントの製造方法の一例を説明するための図である。図１２（ａ）は、ヒータ２の中心を通ってヒータ形成面に垂直な図１１（ａ）のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図であり、図１２（ｂ）〜（ｈ）のそれぞれも同様である。図１１（ａ）は、図１２（ａ）のＸＩ−ＸＩ線に沿う断面図に相当し、図１２（ｂ）〜（ｈ）のそれぞれも同様である。
【００４５】
本実施形態における吐出エレメントは、前述した第１の実施形態における吐出エレメント１０１と同様の構成のものを２つ上下対称的に組み合わせた構成となっている。以下においては、吐出エレメント１０１と同様の構成の下側のものを「下側チップＣ１」といい、また、吐出エレメント１０１と同様の構成の上側のものを「上側チップＣ２」という。図１１（ａ）〜（ｆ）および図１２（ａ）〜（ｆ）の工程はチップＣ１，Ｃ２に共通であり、また図１１（ｇ）および図１１（ｇ）は下側チップＣ１のみの工程である。
【００４６】
まず、図１１（ａ），図１２（ａ）に示すように、シリコンウェハに画成されるヒータボード１におけるパッド形成位置をエッチング加工して、そのパッド形成位置とヒータ形成位置との間に段差Ｈを形成する。すなわち、シリコンウェハの表面全体にレジスト膜を形成した後、フォトマスクを介して露光し、パッド形成位置およびその周囲におけるシリコンウェハの表面のみを露出させる。それから、その露出したシリコンウェハの表面をエッチングして掘り込むことにより、そのシリコンウェハに画成されるヒータボード１に、段差Ｈを形成する。
【００４７】
その後、シリコンウェハに対して熱酸化法、ＣＶＤ法、あるいはスパッタリング法等により成膜し、チッ化タンタル等からなる発熱抵抗層、およびアルミ等の金属配線などを積層してヒータ２を形成すると共に、ボンディングパッド９を形成する。これにより、ヒータボード１が完成する。
【００４８】
次に、紫外線感光樹脂フィルムとの密着性の向上を目的として、ヒータボード１の表面を洗浄し、さらにヒータボード１の表面を紫外線−オゾン等によって改質する。その後、その改質したヒータボード１の表面上に、例えば、シランカップリング剤をエチルアルコールで１重量％に希釈した液をスピンコートする。次に、ヒータボード１の表面を洗浄してから、図１１（ｂ），図１２（ｂ）のように、ヒータボード１上に紫外線感光樹脂フィルム１５をラミネートする。そして、その紫外線感光樹脂フィルム１５上に、フォトマスクを介して矢印方向から紫外線を照射する。これにより、図１１（ｃ），図１２（ｃ）のように、ノズル壁５や土手６の下層部分などを形成する。
【００４９】
その後、さらに紫外線感光樹脂フィルムをラミネートしてから紫外線を照射することにより、図１１（ｄ），図１２（ｄ）のようにノズル壁５や土手６などを形成する。ノズル壁５や土手６等は、キシレンとブチルセルソルブアセテートとの混合液からなる現像液によって現像され、露光部分として硬化することにより形成される。未露光部分は融解される。
【００５０】
その後、図１１（ｅ），図１２（ｅ）のように、可動弁７を設置して固定する。それから、図１１（ｆ），図１２（ｆ）のように、液室壁１４を形成する。以上の工程により上側チップＣ２が完成し、下側チップＣ１は、さらに図１１（ｇ），図１２（ｇ）の工程を経ることにより完成する。
【００５１】
図１１（ｇ），図１２（ｇ）の工程においては、下側チップＣ１におけるノズル壁５の上に、さらに紫外線感光樹脂フィルムをラミネートしてから紫外線照射を行う。そして、キシレンとブチルセルソルブアセテートとの混合液からなる現像液により現像し、ノズル壁５の上層部を露光して硬化させ、未露光部分は融解させる。この結果、下側チップＣ１のノズル壁５が土手６の最上面よりも高く形成され、それらの間に段差ｈが形成される。
【００５２】
このように、図１１（ｇ），図１２（ｇ）までの工程を経て作成された下側チップＣ１と、図１１（ｆ），図１２（ｆ）までの工程を経て作成された上側チップＣ２と、は、図１１（ｈ），図１２（ｈ）のように接合される。まず、下側チップＣ１のノズル壁５の上面に紫外線感光樹脂フィルムをラミネートする。その後、下側チップＣ１のヒータ２の中心と、上側チップＣ２のヒータ２の中心と、を一致させるように、それらのチップＣ１，Ｃ２を精密に位置決めして接合する。そして、それらを加熱することにより、紫外線感光樹脂フィルムを硬化させて、チップＣ１，Ｃ２を接着させる。
【００５３】
このようにして、下側チップＣ１における段差ｈの部分を吐出口３として、本実施形態における記録ヘッドの吐出エレメントが完成する。
【００５４】
（他の実施形態）
ヒータボード側と配線基板側のボンディングパッドの接続方法は、ワイヤを介しての方法のみに限定されない。例えば、ヒータボード側のパッドに形成されたバンプ電極に、ＴＡＢのリード部を直接接合させる形態など、種々の接続方法を採用することができる。
【００５５】
また、ヒータボードにおけるヒータ形成面とパッド形成面との間の段差Ｈを形成するための方法は、本例のようなエッチングを用いる方法のみに限定されない。例えば、機械的な切削手段にて段差Ｈを形成してもよい。また、パッド形成面の位置は、ヒータ形成面の位置よりもヒータボードの厚み方向において低ければよく、このような条件を満たすように、ヒータボードの表面が成形できればよい。
【００５６】
また本発明は、インクを吐出する記録ヘッドの他、種々の液体を吐出する液体吐出ヘッドとして広く適用可能であり、そのような液体吐出ヘッドは、インクジェット記録装置以外の種々の液体吐出装置に用いることができる。また、液体流路内の液体を吐出させるための吐出エネルギー発生素子は、電気熱変換体（ヒータ）のみに特定されず、ピエゾ素子などを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施形態における記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】図１の記録ヘッドを適用可能な記録装置の概略正面図である。
【図３】図１の記録ヘッドにおける吐出エレメントの一部切欠き斜視図である。
【図４】図３の吐出エレメントと配線基板との接続部分の断面図である。
【図５】（ａ）から（ｆ）は、図３の吐出エレメントの製造方法の一例の説明するための断面図である。
【図６】（ａ）から（ｆ）は、図３の吐出エレメントの製造方法の一例の説明するための断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の記録ヘッドにおける吐出エレメントの一部切欠き斜視図である。
【図８】図７の吐出エレメントと配線基板との接続部分の断面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。
【図１０】（ａ）から（ｆ）は、本発明の第２の実施形態の記録ヘッドによるインクの吐出過程の説明図である。
【図１１】（ａ）から（ｈ）は、図７の吐出エレメントの製造方法の一例の説明するための断面図である。
【図１２】（ａ）から（ｈ）は、図７の吐出エレメントの製造方法の一例の説明するための断面図である。
【図１３】従来の記録ヘッドの一例の要部を説明するための断面図である。
【図１４】従来の記録ヘッドの他の例の要部を説明するための断面図である。
【図１５】図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ ヒータボード（素子基板）
２ ヒータ（吐出エネルギー発生素子）
３ 吐出口
４ インク流路（液体流路）
８ 共通液室
９，１０ ボンディングパッド（接続端子）
１１ ワイヤ
１２ インク供給路（液体供給路）
１００ 記録ヘッド（液体吐出ヘッド）
１０１ 吐出エレメント
１０２ 配線基板
１０３ ベースプレート（セラミックプレート）
１０４ 流路形成部材
Ｈ 段差
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出口に連通する液体流路と対向する素子基板の表面上に、前記液体流路内の液体を前記吐出口から吐出させるためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子と、前記吐出エネルギー発生素子に電気的に接続される接続端子と、が形成され、前記接続端子に配線基板が電気的に接続される液体吐出ヘッドにおいて、
前記接続端子が形成される前記表面上の端子形成面の位置は、前記吐出エネルギー発生素子が形成される前記表面上の素子形成面の位置よりも、前記素子基板の厚み方向において低い
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記端子形成面は、前記素子基板の前記表面のエッチングにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記液体流路は、前記素子形成面の上方に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記端子形成面の上方に、前記液体流路に連通する液体供給路を形成するための流路形成部材が位置することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記素子基板の２つを対向配備することにより、それらの間に前記吐出口と前記液体流路とが形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記２つの素子基板のそれぞれに形成される前記接続端子の対向間隔は、前記２つの素子基板のそれぞれに形成される前記吐出エネルギー発生素子の対向間隔よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記接続端子と前記配線基板とはワイヤボンディングにより接続されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記接続端子はバンプ電極であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
吐出口に連通する液体流路と対向する素子基板の表面上に、前記液体流路内の液体を前記吐出口から吐出させるためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子と、前記吐出エネルギー発生素子に電気的に接続される接続端子と、が形成され、前記接続端子に配線基板が電気的に接続される液体吐出ヘッドの製造方法において、
前記接続端子が形成される前記表面上の端子形成面の位置を、前記吐出エネルギー発生素子が形成される前記表面上の素子形成面の位置よりも、前記素子基板の厚み方向において低くするように、前記素子基板の前記表面を成形する工程を含む
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記素子基板の前記表面をエッチングによって成形することを特徴とする請求項９に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１】
吐出口に連通する液体流路と対向する素子基板の表面上に、前記液体流路内の液体を前記吐出口から吐出させるためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子と、前記吐出エネルギー発生素子に電気的に接続される接続端子と、が形成され、前記接続端子に配線基板が電気的に接続される液体吐出ヘッドにおいて、
前記接続端子が形成される前記表面上の端子形成面の位置は、前記吐出エネルギー発生素子が形成される前記表面上の素子形成面の位置よりも、前記素子基板の厚み方向において低い
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記端子形成面は、前記素子基板の前記表面のエッチングにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記液体流路は、前記素子形成面の上方に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記端子形成面の上方に、前記液体流路に連通する液体供給路を形成するための流路形成部材が位置することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記素子基板の２つを対向配備することにより、それらの間に前記吐出口と前記液体流路とが形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記２つの素子基板のそれぞれに形成される前記接続端子の対向間隔は、前記２つの素子基板のそれぞれに形成される前記吐出エネルギー発生素子の対向間隔よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記接続端子と前記配線基板とはワイヤボンディングにより接続されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記接続端子はバンプ電極であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
吐出口に連通する液体流路と対向する素子基板の表面上に、前記液体流路内の液体を前記吐出口から吐出させるためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子と、前記吐出エネルギー発生素子に電気的に接続される接続端子と、が形成され、前記接続端子に配線基板が電気的に接続される液体吐出ヘッドの製造方法において、
前記接続端子が形成される前記表面上の端子形成面の位置を、前記吐出エネルギー発生素子が形成される前記表面上の素子形成面の位置よりも、前記素子基板の厚み方向において低くするように、前記素子基板の前記表面を成形する工程を含む
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記素子基板の前記表面をエッチングによって成形することを特徴とする請求項９に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【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】
【公開番号】特開２００９−９０４９４（Ｐ２００９−９０４９４Ａ）
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６１２０５（Ｐ２００７−２６１２０５）
【出願日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【出願人】（０００２０８７４３）キヤノンファインテック株式会社 (1,218)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【出願人】（０００２０８７４３）キヤノンファインテック株式会社 (1,218)
【Ｆターム（参考）】
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