液滴吐出ヘッド及びその製造方法
【課題】信頼性が高く、ヘッドチップの小型化が可能で、更に、配線を複雑化することなくアクチュエータの高密度化に対応可能な液滴吐出ヘッド及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ノズル基板１とリザーバ基板２と振動板３１を有するキャビティ基板３と個別電極４２が形成された電極基板４と、個別電極４２に駆動信号を供給するドライバＩＣ５０と、個別電極数よりも少ない本数のリードからなり、ドライバＩＣ５０に入力信号を供給するためのＩＣ用リード部４５と、振動板３１に入力信号を供給するための共通電極用リード部４６とを備え、キャビティ基板３とリザーバ基板２とを連通する穴で形成される収容部５１にドライバＩＣ５０が収容され、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６は、電極基板４に設けられた貫通孔４７，４８を通じて個別電極４２が形成された面とは反対側の面に引き出されているものである。
【解決手段】ノズル基板１とリザーバ基板２と振動板３１を有するキャビティ基板３と個別電極４２が形成された電極基板４と、個別電極４２に駆動信号を供給するドライバＩＣ５０と、個別電極数よりも少ない本数のリードからなり、ドライバＩＣ５０に入力信号を供給するためのＩＣ用リード部４５と、振動板３１に入力信号を供給するための共通電極用リード部４６とを備え、キャビティ基板３とリザーバ基板２とを連通する穴で形成される収容部５１にドライバＩＣ５０が収容され、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６は、電極基板４に設けられた貫通孔４７，４８を通じて個別電極４２が形成された面とは反対側の面に引き出されているものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタなどに使用される液滴吐出ヘッド及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液滴吐出ヘッドに対して小型化の要求が高まり、ドライバＩＣの実装構造や配線構造に関して、従来より様々な工夫、提案がなされている。
従来の液滴吐出ヘッドとして、ノズル基板、リザーバ基板、キャビティ基板及び電極基板の４枚の基板を積層して構成したヘッドチップ内に、ドライバＩＣを内蔵した構造のものがある（例えば、特許文献１参照）。この構造では、電極基板上に設けられたドライバＩＣへの駆動信号を供給する配線が、ヘッドチップの中央部分のアクチュエータ形成領域からヘッドチップの端辺側へと引き出されている。そして、電極基板以外の３枚の基板において電極基板上の配線引き出し部に対応する部分を貫通させ、配線をその貫通穴から露出させ、その露出部にＦＰＣを接続する構造となっている。
【０００３】
また、その他の構造として、静電アクチュエータを構成する振動板を有したキャビティ基板と静電アクチュエータを構成する個別電極を有した電極基板とを対向配置した静電型の液滴吐出ヘッドにおいて、キャビティ基板と対向する電極基板の裏面（電極形成面と反対側の面）に、各個別電極の端子を引き出して配置し、配線基板等の余分な基板を不要として、ヘッドを小型化する技術があった（例えば、特許文献２，３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２７２５７４号公報
【特許文献２】特開２００６−８８６１１号公報
【特許文献３】特開平１１−３２０８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の技術では、次の２つの問題点が挙げられる。一つは、配線がノズル面側に露出していることから、そのヘッドがプリンタに搭載され使用される中で、ノズル面のワイピング等によりインク等の液滴がその配線部に付着し短絡を引き起こす可能性があることである。もう一つは、ウエハ上にヘッドチップを複数形成した後、ダイシングにより分割する際に、露出した配線部分に切削水が浸入し、その水や切削屑の残留による短絡を引き起こす可能性があることである。また、ＦＰＣ接続部を、各アクチュエータの形成領域部分の外側に設けているため、外形形状が大きくなり、小型化の妨げにもなっている。
【０００６】
また、特許文献２，３の技術では、アクチュエータ１つ１つから配線を引き出すのはアクチュエータの高密度化に伴い困難となってくる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、信頼性が高く、ヘッドチップの小型化が可能で、更に、配線を複雑化することなくアクチュエータの高密度化に対応可能な液滴吐出ヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、底壁が振動板を形成し、液滴を溜めておく吐出室となる凹部がノズル孔毎に形成されたキャビティ基板と、振動板に対向し、振動板を駆動する個別電極が複数形成された電極基板と、吐出室に液滴を供給する共通液滴室となる凹部と、共通液滴室から吐出室へ液滴を移送するための孔と、吐出室からノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔とを有するリザーバ基板と、個別電極に駆動信号を供給するドライバＩＣと、個別電極数よりも少ない本数のリードからなり、ドライバＩＣに接続され、ドライバＩＣに入力信号を供給するためのＩＣ用リード部と、キャビティ基板に接続され、振動板に入力信号を供給するための共通電極用リード部とを備え、キャビティ基板には第１の穴部が設けられ、リザーバ基板には第２の穴部が設けられており、第１の穴部と第２の穴部は連通して収容部を形成し、ドライバＩＣは、収容部に収容されており、電極基板には貫通孔が設けられており、ＩＣ用リード部は、個別電極数よりも少ない本数のリードからなり、ＩＣ用リード部及び共通電極用リード部は、貫通孔を通じて、個別電極が形成された面とは反対側の面に引き出されているものである。
このように、ドライバＩＣへの入力配線であるＩＣ用リード部と共通電極用リード部を、液滴吐出ヘッドのノズル面側でなくその反対側の面に引き出した構造としたため、ワイピング時やダイシング時に、液滴や切削水等が配線部に付着することがない。このため、水分付着による短絡を防止でき、信頼性を向上することができる。
また、ＩＣ用リード部をヘッドチップの端辺側へと引き出すのではなく、電極基板に設けた貫通孔を介して裏面（個別電極が形成された面とは反対側の面）に引き出した構造であるため、チップの小型化が可能となる。そして、チップを小型化すれば、１枚のウエハからのチップ取り数が増え、コスト低減が可能となる。
また、ドライバＩＣへの入力配線の数（ＩＣ用リード部のリード数）は、アクチュエータ数とは関係ないため、アクチュエータ数が増えて高密度化されても、リード数が増えることはない。このため、高密度化に対応可能な配線構造とすることができる。
【０００９】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ＩＣ用リード部及び共通電極用リード部が、貫通孔に金属が埋め込まれて形成されているものである。
これにより、ＩＣ用リード部及び共通電極用リード部とドライバＩＣとの接続信頼性を高めることができるとともに、配線抵抗を低くすることができる。また、ドライバＩＣへの入力配線を引き出すための開口部である貫通孔には金属が埋め込まれており、ドライバＩＣを収容する収容部は外部と連通せず密閉された構造であるため、ダイシング時の切削水の浸入がなく、配線やドライバＩＣ周りにおける水、切削屑の残留による短絡を防止できる。
【００１０】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、貫通孔が、電極基板において、ドライバＩＣが配置された領域内に形成されているものである。
これにより、液滴吐出ヘッドの面積を増やすことなくリードの配線を行うことが可能である。このため、チップサイズを最小化でき、小型化が可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ドライバＩＣが、複数の個別電極からなる個別電極列が２列並置された列間の境界部に対応する領域に配置されており、各列の個別電極の一端が、ドライバＩＣに接続されているものである。
これにより、ドライバＩＣから２つの電極列に駆動信号を供給することが可能となり、電極列の多列化が容易となる。またドライバＩＣの個数が少なくなるため、コストを削減することができ、液滴吐出ヘッドの小型化も可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の何れかの液滴吐出ヘッドの製造方法であって、電極基板を形成する工程と、キャビティ基板と電極基板とを接合する工程と、ドライバＩＣを個別電極に接続する工程とを有し、電極基板を形成する工程は更に、電極基板となる基材に穴を形成する工程と、穴の内部にシード層を形成して金属を埋め込む工程と、穴が形成された面とは反対側の面をエッチングして、埋め込まれた金属の頭部を露出させる工程とを有するものである。
これにより、金属からなるＩＣ入力用の配線を、電極基板の穴が形成された面とは反対側の面に引き出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明の一実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成を示す分解斜視図、図２は組付状態の液滴吐出ヘッドの断面図である。図１、図２に示す本実施の形態に係る液滴吐出ヘッドは、ノズル基板１、リザーバ基板２、キャビティ基板３、電極基板４の４つの基板をこの順に貼り合わせた４層構造で構成されている。以下、各基板の構成について詳述する。
また、本実施の形態に係る液滴吐出ヘッドは、後述する個別電極４２に駆動信号を供給するドライバＩＣ５０が設けられている。このドライバＩＣ５０については後述する。
【００１４】
ノズル基板１は、例えば厚さ約５０μｍのシリコン基板からなり、各々のノズル連通孔２６と連通する複数のノズル孔１１が形成されている。各ノズル孔１１は、２つの孔径を備え、ノズル先端側が小さい孔径に、ノズル後端側がノズル先端側より大きな孔径になっている。これにより、液滴を吐出する際の直進性を向上させている（図２参照）。
【００１５】
キャビティ基板３は、例えば厚さ約５０μｍのシリコンからなり、底壁が振動板３１であって吐出室３２となる凹部３３が形成されている。なお凹部３３は複数形成されており、後述の個別電極４２（電極列）に対応して２列に形成されている。またキャビティ基板３には、電極列の間にキャビティ基板３を貫通する第１の穴部３４を有している。
本実施の形態では、キャビティ基板３は単結晶シリコンからなり、その全面にプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、ＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａＥｔｈｙｌＯｒｔｈｏＳｉｌｉｃａｔｅ）からなる絶縁膜（図示せず）を０．１μｍ形成している。これは、振動板３１の駆動時における絶縁破壊及びショートを防止するためと、インク等の液滴によるキャビティ基板３のエッチングを防止するためのものである。またキャビティ基板３には、キャビティ基板３を貫通する液滴供給孔３５が形成されている。
【００１６】
なお、液滴吐出ヘッドの振動板３１は、高濃度のボロンドープ層から形成するようにしてもよい。水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液による単結晶シリコンのエッチングにおけるエッチングレートは、ドーパントがボロンの場合、約５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上の高濃度の領域において、非常に小さくなる。このため、振動板３１の部分を高濃度のボロンドープ層とし、アルカリ溶液による異方性エッチングによって吐出室３２となる凹部３３を形成する際に、ボロンドープ層が露出してエッチングレートが極端に小さくなる、いわゆるエッチングストップ技術を用いることにより、振動板３１を所望の厚さに形成することができる。
【００１７】
リザーバ基板２は、例えば厚さ約１８０μｍの表裏面の面方位が（１００）の例えば単結晶シリコンから形成されている。リザーバ基板２には、吐出室３２に液滴を供給するための共通液滴室２１となる凹部２２が２つ形成されており、凹部２２の底面には、共通液滴室２１から各吐出室３２へ液滴を移送するための貫通孔２３が形成されている。また凹部２２の底面には、凹部２２の底面を貫通する液滴供給孔２４が形成されている。さらにリザーバ基板２の２つの共通液滴室２１の間には、リザーバ基板２を貫通する第２の穴部２５が形成されている。
【００１８】
図２に示すようにリザーバ基板２に設けられた第２の穴部２５とキャビティ基板３に設けられた第１の穴部３４とは連通して収容部５１を形成している。そしてこの収容部５１の内部には、ドライバＩＣ５０が収容されるようになっている。この収容部５１は、ノズル基板１、リザーバ基板２、キャビティ基板３及び電極基板４によって閉塞されている。即ち、ノズル基板１が収容部５１の上面を、電極基板４が収容部５１の下面を、キャビティ基板３及びリザーバ基板２が収容部５１の側面を形成することにより、収容部５１が閉塞されるようになっている。なお収容部５１は、液滴や外気からドライバＩＣ５０を保護するために密閉するのが望ましい。
【００１９】
また、各々の吐出室３２に連通し、吐出室３２から後述するノズル孔１１に液滴を移送するためのノズル連通孔２６がリザーバ基板２の凹部２２以外の部分に形成されている。このノズル連通孔２６は、ノズル基板１のノズル孔１１と同軸上に設けられているので、液滴の吐出の直進性が得られ、そのため吐出特性が格段に向上するものとなる。特に、微小な液滴を狙い通りに着弾させることができるため、色ずれ等を生じることなく微妙な階調変化を忠実に再現することができ、より鮮明で高品位の画質を実現することができる。
【００２０】
電極基板４は、例えば厚さ約１ｍｍのホウ珪酸ガラス等のガラスから形成されている。電極基板４には凹部４１が例えば深さ０．２μｍで形成されている。この凹部４１の内部には個別電極４２が、一定の間隔を有して振動板３１と対向するように、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を０．１μｍの厚さでスパッタすることにより作製されている。上記の例では、電極基板４とキャビティ基板３を接合した後の個別電極４２と振動板３１の間隔は０．１μｍとなる。この個別電極４２と振動板３１とにより静電アクチュエータが構成されている。
なお、個別電極４２の材料はＩＴＯに限定するものではなく、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）あるいは金、銅等の金属を用いてもよい。ただし、ＩＴＯを用いた場合、静電アクチュエータの駆動耐久性を確保することが可能である。また、ＩＴＯは透明であるため、振動板の当接具合の確認が行いやすく、また、個別電極４２と振動板３１の間の空間内への異物混入などを検査可能にするなどの理由から、一般にはＩＴＯが用いられている。
【００２１】
個別電極４２は、その一端側のＩＣ出力実装部４２ａでドライバＩＣ５０と接続されており、ドライバＩＣ５０から駆動信号が供給されるようになっている。凹部４１はその一部が、個別電極４２を装着できるように、これらの形状に類似したやや大きめの形状にパターン形成されている。また、凹部４１のその他の部分（図１における中央部）はドライバＩＣ５０を電極基板４上に装着できるようにパターン形成されており、この部分にドライバＩＣ５０が配置されている。なお、本実施の形態では、電極基板４とキャビティ基板３が接合された後に、個別電極４２と振動板３１の間の空間に異物が入らないように封止材４３が塗布される（図２参照）。
【００２２】
本実施の形態に係る液滴吐出ヘッドでは、複数の個別電極４２が長辺及び短辺を有する長方形状に形成されており、この個別電極４２が、互いの長辺が平行になるように配置され、個別電極４２の短辺方向に伸びる電極列を２列形成している。なお例えば、個別電極４２の短辺が長辺に対して斜めになっており、個別電極４２が細長い平行四辺形状になっている場合には、長辺方向に直角方向に伸びる電極列を形成するようにすればよい。
【００２３】
また本実施の形態に係る液滴吐出ヘッドでは、ドライバＩＣ５０が２つの電極列の間に配置され、両方の電極列に接続されている。これにより、ドライバＩＣ５０から２つの電極列に駆動信号を供給することが可能となり、電極列の多列化が容易となる。またドライバＩＣ５０の個数が少なくなるため、コストを削減することができ、液滴吐出ヘッドの小型化も可能となる。なお図１に示す液滴吐出ヘッドでは、２つのドライバＩＣ５０が配置されているが、例えばこれらのドライバＩＣ５０を１つのＩＣで構成したり、３つ以上のＩＣで構成するようにしてもよい。
【００２４】
また、電極基板４には、ドライバＩＣ５０に入力信号を供給するためのＩＣ用リード部４５と、振動板３１に入力信号を供給するための共通電極用リード部４６とが形成されている。ＩＣ用リード部４５は、複数のリード（配線）から構成されており、各リードは、電極基板４に設けた貫通孔４７内にＣｕ等の導電性に優れた金属が埋め込まれて形成されている。このリードのキャビティ基板３側の端部はドライバＩＣ５０に接続されるＩＣ入力実装部４５ａとなっている。また、反対側の端部は、電極基板４に形成された貫通孔４７を通して電極基板４の裏面（個別電極４２が形成された面とは反対側の面）に引き出され、ＦＰＣ実装部４５ｂ（図２参照）となっている。
【００２５】
また、共通電極用リード部４６は、１本のリード（配線）から構成されており、ＩＣ用リード部４５と同様に、電極基板４に設けた貫通孔４８内にＣｕ等の導電性に優れた金属が埋め込まれて形成されている。そして、このリードのキャビティ基板３側の端部は共通電極接続部４６ａとなっておりキャビティ基板３に接続され、反対側の端部は、前記貫通孔４８を通して電極基板４の裏面（個別電極４２が形成された面とは反対側の面）に引き出され、ＦＰＣ実装部４６ｂ（図２参照）となっている。
【００２６】
このＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６のＦＰＣ実装部４５ｂ，４６ｂに、ＦＰＣ(Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ)７０のコネクタ部を接続することにより、ＩＣ用リード部４５のＦＰＣ実装部４５ｂとＦＰＣ７０のＩＣ用配線７１とが接続され、共通電極用リード部４６のＦＰＣ実装部４６ｂとＦＰＣ７０の共通電極用配線７２とが接続される。そして、液滴吐出装置の制御部（図示せず）からの入力信号がＦＰＣ７０のＩＣ用配線７１と電極基板４に設けられたＩＣ用リード部４５とを介してドライバＩＣ５０に入力される。また、ＦＰＣ７０の共通電極用配線７２と電極基板４に設けられた共通電極用リード部４６とを介してキャビティ基板３の共通電極端子（図示せず）に駆動信号が供給される。
【００２７】
また、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６が形成される貫通孔４７，４８は、電極基板４においてドライバＩＣ５０が配置された領域の下に形成されている。このため、液滴吐出ヘッドの面積を増やすことなくリードの配線を行うことが可能となっている。また、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６をＣｕ等の導電性に優れた金属とすることにより、リードの抵抗を低減することができ、接続の信頼性を高くすることができる。
【００２８】
ここで、ＩＣ用リード部４５を構成する複数のリードは、ヘッド駆動電圧、ＩＣロジック用電圧、ノズル選択信号、クロック、ラッチ、ＧＮＤなどに使用されるもので、例えば１０本程度であり、アクチュエータ数に比べて格段に少ない。また、このリード数はアクチュエータ数とは関係ないため、アクチュエータ数が増えて高密度化されても、リード数が増えることはない。このため、高密度化に対応可能な配線構造とすることができる。
【００２９】
また電極基板４には液滴供給孔４４が形成されており、この液滴供給孔４４は電極基板４を貫通している。この電極基板４に形成された液滴供給孔４４、キャビティ基板３に形成された液滴供給孔３５及びリザーバ基板２に形成された液滴供給孔２４は、リザーバ基板２、キャビティ基板３及び電極基板４が接合された状態において互いに繋がって、外部から共通液滴室２１に液滴を供給するための液滴供給孔６０を形成する（図２参照）。
【００３０】
ここで図１及び図２に示す液滴吐出ヘッドの動作について説明する。共通液滴室２１には外部から液滴供給孔６０を介してインク等の液滴が供給されている。また吐出室３２には共通液滴室２１から貫通孔２３を介して液滴が供給されている。ドライバＩＣ５０には、ＦＰＣ７０のＩＣ用配線７１及び電極基板４に設けられたＩＣ用リード部４５を介して液滴吐出装置の制御部（図示せず）から入力信号（パルス電圧）が供給されている。そしてドライバＩＣ５０から個別電極４２に０Ｖから４０Ｖ程度のパルス電圧を印加し個別電極４２をプラスに帯電させる。このとき、キャビティ基板３の共通電極端子（図示せず）には、ＦＰＣ７０の共通電極用配線７２（図１参照）及び電極基板４に設けられた共通電極用リード部４６を介して液滴吐出装置の制御部（図示せず）から駆動信号（パルス電圧）を供給し、対応する振動板３１をマイナスに帯電させる。これにより、振動板３１は静電気力によって個別電極４２側に吸引されて撓む。次にパルス電圧をオフにすると、振動板３１にかけられた静電気力がなくなり振動板３１は復元する。このとき吐出室３２の内部の圧力が急激に上昇し、吐出室３２内の液滴がノズル連通孔２６を通過してノズル孔１１から吐出される。その後、液滴が共通液滴室２１から貫通孔２３を通じて吐出室３２内に補給され、初期状態に戻る。なお、液滴吐出ヘッドの共通液滴室２１への液滴の供給は、例えば液滴供給孔６０に接続された液滴供給管（図示せず）により行われる。
【００３１】
次に、本実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの製造方法について図３を参照して説明する。
図３は液滴吐出ヘッドの製造方法の一例を示す製造工程図で、特に上記の電極基板４の製造方法を中心に示した製造工程図である。なお、以下に示す各種条件は一例であり、それらの条件に限定されるものではない。
【００３２】
（ａ）電極基板４となる電極基板基材であるガラス基板４００の表面４００ａにＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６に対応する部分をレジスト又はＣｒをマスクとして区画形成してパターニングする。その後、ＣＨＦ３やＣＦ４等のガスを単独又は混合して用いてＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）でガラス基板４００を３００μｍ〜８００μmの深さに垂直にエッチングする。これにより、ＩＣ用リード部４５を形成するための穴（ＩＣ用リード部形成用穴）４０１と共通電極用リード部４６を形成するための穴（共通電極用リード部形成用穴）４０２とが形成される。これらの穴４０１，４０２は、ガラス基板４００を貫通しない穴となっている。
（ｂ）個別電極４２を形成するための凹部４１を、Ｃｒをマスクとして区画形成後、ウエットエッチングして５０〜３００ｎｍの深さに形成する。なお、共通電極用リード部４６を形成するための穴４０２は、凹部４１が形成されていない箇所に設けられている。
（ｃ）Ｃｒを剥離後、ＩＴＯを約１００ｎｍの厚みにスパッタリングして成膜し、フォトレジストをエッチングマスクとして凹部４１内に個別電極４２を区画形成する。
【００３３】
（ｄ）ガラス基板４００の個別電極４２が形成された面４００ａに、Ｃｕをスパッタリングし、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６をＣｕメッキにより埋め込むためのシード層とする。その後、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６となる部分をフォトレジストで区画形成してＣｕを電解メッキにより埋め込み、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６を形成する。個別電極４２の区画形成と、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６の金属の埋め込みの順番はどちらが先でも良い。個別電極４２の区画形成を先に行う場合には、金属を埋め込む際のメッキ前処理としてのスパッタが不要となるのに対して、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６を先に形成する場合には、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６のギャップ内形成部分をＩＴＯで覆うことができるので、金属イオンによるギャップ内の汚染による、静電アクチュエータの耐久性低下を防止することが可能となる。
【００３４】
（ｅ）ガラス基板４００の裏面（個別電極４２が形成された面とは反対側の面）４００ｂをフッ酸系の溶液により全面エッチングして、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６の金属の頭部（接点部）を露出させる。この露出部分がＦＰＣ実装部４５ｂ、４６ｂとなる。なお、ガラス基板４００の裏面（個別電極４２が形成された面とは反対側の面）４００ｂに凹部を形成することによって頭部の露出を行っても良い。この場合、前記のＩＣ用リード部形成用穴４０１及び共通電極用リード部形成用穴４０２を浅く掘っておけば良い。そして、サンドブラスト等によって液滴供給孔４４を形成する。
以上により電極基板４が完成する。
【００３５】
（ｆ）完成した電極基板４に、キャビティ基板３となるシリコン基板３００を陽極接合する。陽極接合する際に、均一なギャップを形成し、振動板３１と個別電極４２が貼りつかないように、シリコン基板３００と個別電極端子部を同（等）電位とするために、接合時の冶具等により短絡する。等電位を確保するには、接合時の冶具と個別電極端子部、同冶具とシリコン基板３００をそれぞれ接触させて短絡する。
そして、吐出室３２等の液滴流路、振動板３１、第１の穴部３４及び液滴供給孔３５等をシリコン基板３００に異方性エッチングにより形成する。これらの異方性エッチング加工はシリコン基板３００を接合した後行っても、予め加工を行った後に接合してもどちらでも良い。接合後に加工を行えば、シリコン基板３００が薄い場合でも割れずに容易に加工が可能となる。
シリコン基板３００に各構成部（液滴流路、振動板３１、第１の穴部３４及び液滴供給孔３５等）を形成した後、封止材４３によりギャップ内の気密封止を行う。その封止は、ＣＶＤ装置を用いたＴＥＯＳ成膜などによって行う。
【００３６】
（ｇ）ドライバＩＣ５０を電極基板４上に実装する。すなわち、ドライバＩＣ５０を、キャビティ基板３に設けられた第１の穴部３４に挿入し、個別電極４２のＩＣ出力実装部４２ａ（図１参照）及びＩＣ用リード部４５のＩＣ入力実装部４５ａとドライバＩＣ５０とを電気的及び機械的に接合する。
【００３７】
（ｈ）その後、シリコン基板（キャビティ基板）３の上に、第２の穴部２５、ノズル連通孔２６及び凹部２２等が形成済のリザーバ基板２を接着接合し、その上にノズル孔１１が形成済のノズル基板１を接着接合して流路を形成する。その後、ダイシング等により接合ウェハを分離して個別の液滴吐出ヘッドを得る。なお、ドライバＩＣ５０への入力配線を引き出すための開口部である貫通孔４７，４８には金属が埋め込まれており、ドライバＩＣ５０を収容する収容部５１が外部と連通せず密閉された構造であるため、このダイシングの際に、切削水がドライバＩＣ５０の周囲に浸入することがなく、水や切削屑の残留による短絡が起こる危険はない。
【００３８】
（ｉ）ＩＣ用リード部４５のＦＰＣ実装部４５ｂ及び共通電極用リード部４６のＦＰＣ実装部４６ｂにＡＣＦ（異方性導電接着剤）を用いてＦＰＣ７０を実装し、そのＦＰＣ７０を通じて、液滴吐出装置の制御部（図示せず）との接続を行う。また、液滴供給孔４４へ液滴供給管を接続して液滴を供給可能として液滴吐出ヘッドとする。
【００３９】
このように、本実施の形態によれば、ドライバＩＣ５０への入力用の配線を、液滴吐出ヘッドのノズル面側ではなくその反対側の面に引き出した構造としたため、ワイピング時やダイシング時に、液滴や切削水等が配線部に付着することがない。このため、水分付着による短絡を防止でき、信頼性を向上することができる。また、ＩＣ用リード部４５を従来のようにヘッドチップの端辺側へと引き出すのではなく、電極基板４に設けられた貫通孔４７を介して裏面（個別電極４２が形成された面とは反対側の面）に引き出した構造であるため、チップの小型化が可能となる。そして、チップを小型化すれば、１枚のウェハからのチップ取り数が増え、コスト低減が可能となる。
【００４０】
また、本実施の形態の構造によれば、アクチュエータ数が増えて高密度化されても、電極基板４に形成されるＩＣ用リード部４５のリード数には変化がないため、配線を複雑化することなく、省スペースでの配線が可能となる。
【００４１】
また、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６は、電極基板４に設けられた貫通孔４７，４８に金属を埋め込んだ構造であるため、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６とドライバＩＣ５０との接続信頼性を高めることができるとともに、配線抵抗を低くすることができる。また、ドライバＩＣ５０への入力配線引き出しのための開口部である貫通孔４７，４８には金属が埋め込まれており、ドライバＩＣ５０を収容する収容部５１が外部と連通せず密閉された構造であるため、ダイシング時の切削水の浸入がなく、配線やドライバＩＣ周りにおける水、切削屑の残留による短絡を防止できる。
【００４２】
さらに、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６は、電極基板４においてドライバＩＣ５０の配置された領域の下に形成されており、液滴吐出ヘッドの面積を増やすことなくリードの配線を行うことが可能である。このため、チップサイズを最小化でき、小型化が可能となる。また、ヘッドチップの小型化により、１枚のウエハからのチップ取り数を増やすことができ、コストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図。
【図２】図１の液滴吐出ヘッドの概略断面図。
【図３】図１に示された液滴吐出ヘッドの製造方法を示す製造工程図。
【符号の説明】
【００４４】
１ ノズル基板、２ リザーバ基板、３ キャビティ基板、４ 電極基板、１１ ノズル孔、１２ 吐出室、２１ 共通液滴室、２２ 共通液滴室となる凹部、２３ 貫通孔、２５ 第２の穴部、２６ ノズル連通孔、３１ 振動板、３２ 吐出室、３３ 吐出室となる凹部、３４ 第１の穴部、３５ 液滴供給孔、４２ 個別電極、４５ ＩＣ用リード部、４６ 共通電極用リード部、４７ 貫通孔、４８ 貫通孔、５１ 収容部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタなどに使用される液滴吐出ヘッド及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液滴吐出ヘッドに対して小型化の要求が高まり、ドライバＩＣの実装構造や配線構造に関して、従来より様々な工夫、提案がなされている。
従来の液滴吐出ヘッドとして、ノズル基板、リザーバ基板、キャビティ基板及び電極基板の４枚の基板を積層して構成したヘッドチップ内に、ドライバＩＣを内蔵した構造のものがある（例えば、特許文献１参照）。この構造では、電極基板上に設けられたドライバＩＣへの駆動信号を供給する配線が、ヘッドチップの中央部分のアクチュエータ形成領域からヘッドチップの端辺側へと引き出されている。そして、電極基板以外の３枚の基板において電極基板上の配線引き出し部に対応する部分を貫通させ、配線をその貫通穴から露出させ、その露出部にＦＰＣを接続する構造となっている。
【０００３】
また、その他の構造として、静電アクチュエータを構成する振動板を有したキャビティ基板と静電アクチュエータを構成する個別電極を有した電極基板とを対向配置した静電型の液滴吐出ヘッドにおいて、キャビティ基板と対向する電極基板の裏面（電極形成面と反対側の面）に、各個別電極の端子を引き出して配置し、配線基板等の余分な基板を不要として、ヘッドを小型化する技術があった（例えば、特許文献２，３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２７２５７４号公報
【特許文献２】特開２００６−８８６１１号公報
【特許文献３】特開平１１−３２０８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の技術では、次の２つの問題点が挙げられる。一つは、配線がノズル面側に露出していることから、そのヘッドがプリンタに搭載され使用される中で、ノズル面のワイピング等によりインク等の液滴がその配線部に付着し短絡を引き起こす可能性があることである。もう一つは、ウエハ上にヘッドチップを複数形成した後、ダイシングにより分割する際に、露出した配線部分に切削水が浸入し、その水や切削屑の残留による短絡を引き起こす可能性があることである。また、ＦＰＣ接続部を、各アクチュエータの形成領域部分の外側に設けているため、外形形状が大きくなり、小型化の妨げにもなっている。
【０００６】
また、特許文献２，３の技術では、アクチュエータ１つ１つから配線を引き出すのはアクチュエータの高密度化に伴い困難となってくる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、信頼性が高く、ヘッドチップの小型化が可能で、更に、配線を複雑化することなくアクチュエータの高密度化に対応可能な液滴吐出ヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、底壁が振動板を形成し、液滴を溜めておく吐出室となる凹部がノズル孔毎に形成されたキャビティ基板と、振動板に対向し、振動板を駆動する個別電極が複数形成された電極基板と、吐出室に液滴を供給する共通液滴室となる凹部と、共通液滴室から吐出室へ液滴を移送するための孔と、吐出室からノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔とを有するリザーバ基板と、個別電極に駆動信号を供給するドライバＩＣと、個別電極数よりも少ない本数のリードからなり、ドライバＩＣに接続され、ドライバＩＣに入力信号を供給するためのＩＣ用リード部と、キャビティ基板に接続され、振動板に入力信号を供給するための共通電極用リード部とを備え、キャビティ基板には第１の穴部が設けられ、リザーバ基板には第２の穴部が設けられており、第１の穴部と第２の穴部は連通して収容部を形成し、ドライバＩＣは、収容部に収容されており、電極基板には貫通孔が設けられており、ＩＣ用リード部は、個別電極数よりも少ない本数のリードからなり、ＩＣ用リード部及び共通電極用リード部は、貫通孔を通じて、個別電極が形成された面とは反対側の面に引き出されているものである。
このように、ドライバＩＣへの入力配線であるＩＣ用リード部と共通電極用リード部を、液滴吐出ヘッドのノズル面側でなくその反対側の面に引き出した構造としたため、ワイピング時やダイシング時に、液滴や切削水等が配線部に付着することがない。このため、水分付着による短絡を防止でき、信頼性を向上することができる。
また、ＩＣ用リード部をヘッドチップの端辺側へと引き出すのではなく、電極基板に設けた貫通孔を介して裏面（個別電極が形成された面とは反対側の面）に引き出した構造であるため、チップの小型化が可能となる。そして、チップを小型化すれば、１枚のウエハからのチップ取り数が増え、コスト低減が可能となる。
また、ドライバＩＣへの入力配線の数（ＩＣ用リード部のリード数）は、アクチュエータ数とは関係ないため、アクチュエータ数が増えて高密度化されても、リード数が増えることはない。このため、高密度化に対応可能な配線構造とすることができる。
【０００９】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ＩＣ用リード部及び共通電極用リード部が、貫通孔に金属が埋め込まれて形成されているものである。
これにより、ＩＣ用リード部及び共通電極用リード部とドライバＩＣとの接続信頼性を高めることができるとともに、配線抵抗を低くすることができる。また、ドライバＩＣへの入力配線を引き出すための開口部である貫通孔には金属が埋め込まれており、ドライバＩＣを収容する収容部は外部と連通せず密閉された構造であるため、ダイシング時の切削水の浸入がなく、配線やドライバＩＣ周りにおける水、切削屑の残留による短絡を防止できる。
【００１０】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、貫通孔が、電極基板において、ドライバＩＣが配置された領域内に形成されているものである。
これにより、液滴吐出ヘッドの面積を増やすことなくリードの配線を行うことが可能である。このため、チップサイズを最小化でき、小型化が可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ドライバＩＣが、複数の個別電極からなる個別電極列が２列並置された列間の境界部に対応する領域に配置されており、各列の個別電極の一端が、ドライバＩＣに接続されているものである。
これにより、ドライバＩＣから２つの電極列に駆動信号を供給することが可能となり、電極列の多列化が容易となる。またドライバＩＣの個数が少なくなるため、コストを削減することができ、液滴吐出ヘッドの小型化も可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の何れかの液滴吐出ヘッドの製造方法であって、電極基板を形成する工程と、キャビティ基板と電極基板とを接合する工程と、ドライバＩＣを個別電極に接続する工程とを有し、電極基板を形成する工程は更に、電極基板となる基材に穴を形成する工程と、穴の内部にシード層を形成して金属を埋め込む工程と、穴が形成された面とは反対側の面をエッチングして、埋め込まれた金属の頭部を露出させる工程とを有するものである。
これにより、金属からなるＩＣ入力用の配線を、電極基板の穴が形成された面とは反対側の面に引き出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明の一実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成を示す分解斜視図、図２は組付状態の液滴吐出ヘッドの断面図である。図１、図２に示す本実施の形態に係る液滴吐出ヘッドは、ノズル基板１、リザーバ基板２、キャビティ基板３、電極基板４の４つの基板をこの順に貼り合わせた４層構造で構成されている。以下、各基板の構成について詳述する。
また、本実施の形態に係る液滴吐出ヘッドは、後述する個別電極４２に駆動信号を供給するドライバＩＣ５０が設けられている。このドライバＩＣ５０については後述する。
【００１４】
ノズル基板１は、例えば厚さ約５０μｍのシリコン基板からなり、各々のノズル連通孔２６と連通する複数のノズル孔１１が形成されている。各ノズル孔１１は、２つの孔径を備え、ノズル先端側が小さい孔径に、ノズル後端側がノズル先端側より大きな孔径になっている。これにより、液滴を吐出する際の直進性を向上させている（図２参照）。
【００１５】
キャビティ基板３は、例えば厚さ約５０μｍのシリコンからなり、底壁が振動板３１であって吐出室３２となる凹部３３が形成されている。なお凹部３３は複数形成されており、後述の個別電極４２（電極列）に対応して２列に形成されている。またキャビティ基板３には、電極列の間にキャビティ基板３を貫通する第１の穴部３４を有している。
本実施の形態では、キャビティ基板３は単結晶シリコンからなり、その全面にプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、ＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａＥｔｈｙｌＯｒｔｈｏＳｉｌｉｃａｔｅ）からなる絶縁膜（図示せず）を０．１μｍ形成している。これは、振動板３１の駆動時における絶縁破壊及びショートを防止するためと、インク等の液滴によるキャビティ基板３のエッチングを防止するためのものである。またキャビティ基板３には、キャビティ基板３を貫通する液滴供給孔３５が形成されている。
【００１６】
なお、液滴吐出ヘッドの振動板３１は、高濃度のボロンドープ層から形成するようにしてもよい。水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液による単結晶シリコンのエッチングにおけるエッチングレートは、ドーパントがボロンの場合、約５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上の高濃度の領域において、非常に小さくなる。このため、振動板３１の部分を高濃度のボロンドープ層とし、アルカリ溶液による異方性エッチングによって吐出室３２となる凹部３３を形成する際に、ボロンドープ層が露出してエッチングレートが極端に小さくなる、いわゆるエッチングストップ技術を用いることにより、振動板３１を所望の厚さに形成することができる。
【００１７】
リザーバ基板２は、例えば厚さ約１８０μｍの表裏面の面方位が（１００）の例えば単結晶シリコンから形成されている。リザーバ基板２には、吐出室３２に液滴を供給するための共通液滴室２１となる凹部２２が２つ形成されており、凹部２２の底面には、共通液滴室２１から各吐出室３２へ液滴を移送するための貫通孔２３が形成されている。また凹部２２の底面には、凹部２２の底面を貫通する液滴供給孔２４が形成されている。さらにリザーバ基板２の２つの共通液滴室２１の間には、リザーバ基板２を貫通する第２の穴部２５が形成されている。
【００１８】
図２に示すようにリザーバ基板２に設けられた第２の穴部２５とキャビティ基板３に設けられた第１の穴部３４とは連通して収容部５１を形成している。そしてこの収容部５１の内部には、ドライバＩＣ５０が収容されるようになっている。この収容部５１は、ノズル基板１、リザーバ基板２、キャビティ基板３及び電極基板４によって閉塞されている。即ち、ノズル基板１が収容部５１の上面を、電極基板４が収容部５１の下面を、キャビティ基板３及びリザーバ基板２が収容部５１の側面を形成することにより、収容部５１が閉塞されるようになっている。なお収容部５１は、液滴や外気からドライバＩＣ５０を保護するために密閉するのが望ましい。
【００１９】
また、各々の吐出室３２に連通し、吐出室３２から後述するノズル孔１１に液滴を移送するためのノズル連通孔２６がリザーバ基板２の凹部２２以外の部分に形成されている。このノズル連通孔２６は、ノズル基板１のノズル孔１１と同軸上に設けられているので、液滴の吐出の直進性が得られ、そのため吐出特性が格段に向上するものとなる。特に、微小な液滴を狙い通りに着弾させることができるため、色ずれ等を生じることなく微妙な階調変化を忠実に再現することができ、より鮮明で高品位の画質を実現することができる。
【００２０】
電極基板４は、例えば厚さ約１ｍｍのホウ珪酸ガラス等のガラスから形成されている。電極基板４には凹部４１が例えば深さ０．２μｍで形成されている。この凹部４１の内部には個別電極４２が、一定の間隔を有して振動板３１と対向するように、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を０．１μｍの厚さでスパッタすることにより作製されている。上記の例では、電極基板４とキャビティ基板３を接合した後の個別電極４２と振動板３１の間隔は０．１μｍとなる。この個別電極４２と振動板３１とにより静電アクチュエータが構成されている。
なお、個別電極４２の材料はＩＴＯに限定するものではなく、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）あるいは金、銅等の金属を用いてもよい。ただし、ＩＴＯを用いた場合、静電アクチュエータの駆動耐久性を確保することが可能である。また、ＩＴＯは透明であるため、振動板の当接具合の確認が行いやすく、また、個別電極４２と振動板３１の間の空間内への異物混入などを検査可能にするなどの理由から、一般にはＩＴＯが用いられている。
【００２１】
個別電極４２は、その一端側のＩＣ出力実装部４２ａでドライバＩＣ５０と接続されており、ドライバＩＣ５０から駆動信号が供給されるようになっている。凹部４１はその一部が、個別電極４２を装着できるように、これらの形状に類似したやや大きめの形状にパターン形成されている。また、凹部４１のその他の部分（図１における中央部）はドライバＩＣ５０を電極基板４上に装着できるようにパターン形成されており、この部分にドライバＩＣ５０が配置されている。なお、本実施の形態では、電極基板４とキャビティ基板３が接合された後に、個別電極４２と振動板３１の間の空間に異物が入らないように封止材４３が塗布される（図２参照）。
【００２２】
本実施の形態に係る液滴吐出ヘッドでは、複数の個別電極４２が長辺及び短辺を有する長方形状に形成されており、この個別電極４２が、互いの長辺が平行になるように配置され、個別電極４２の短辺方向に伸びる電極列を２列形成している。なお例えば、個別電極４２の短辺が長辺に対して斜めになっており、個別電極４２が細長い平行四辺形状になっている場合には、長辺方向に直角方向に伸びる電極列を形成するようにすればよい。
【００２３】
また本実施の形態に係る液滴吐出ヘッドでは、ドライバＩＣ５０が２つの電極列の間に配置され、両方の電極列に接続されている。これにより、ドライバＩＣ５０から２つの電極列に駆動信号を供給することが可能となり、電極列の多列化が容易となる。またドライバＩＣ５０の個数が少なくなるため、コストを削減することができ、液滴吐出ヘッドの小型化も可能となる。なお図１に示す液滴吐出ヘッドでは、２つのドライバＩＣ５０が配置されているが、例えばこれらのドライバＩＣ５０を１つのＩＣで構成したり、３つ以上のＩＣで構成するようにしてもよい。
【００２４】
また、電極基板４には、ドライバＩＣ５０に入力信号を供給するためのＩＣ用リード部４５と、振動板３１に入力信号を供給するための共通電極用リード部４６とが形成されている。ＩＣ用リード部４５は、複数のリード（配線）から構成されており、各リードは、電極基板４に設けた貫通孔４７内にＣｕ等の導電性に優れた金属が埋め込まれて形成されている。このリードのキャビティ基板３側の端部はドライバＩＣ５０に接続されるＩＣ入力実装部４５ａとなっている。また、反対側の端部は、電極基板４に形成された貫通孔４７を通して電極基板４の裏面（個別電極４２が形成された面とは反対側の面）に引き出され、ＦＰＣ実装部４５ｂ（図２参照）となっている。
【００２５】
また、共通電極用リード部４６は、１本のリード（配線）から構成されており、ＩＣ用リード部４５と同様に、電極基板４に設けた貫通孔４８内にＣｕ等の導電性に優れた金属が埋め込まれて形成されている。そして、このリードのキャビティ基板３側の端部は共通電極接続部４６ａとなっておりキャビティ基板３に接続され、反対側の端部は、前記貫通孔４８を通して電極基板４の裏面（個別電極４２が形成された面とは反対側の面）に引き出され、ＦＰＣ実装部４６ｂ（図２参照）となっている。
【００２６】
このＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６のＦＰＣ実装部４５ｂ，４６ｂに、ＦＰＣ(Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ)７０のコネクタ部を接続することにより、ＩＣ用リード部４５のＦＰＣ実装部４５ｂとＦＰＣ７０のＩＣ用配線７１とが接続され、共通電極用リード部４６のＦＰＣ実装部４６ｂとＦＰＣ７０の共通電極用配線７２とが接続される。そして、液滴吐出装置の制御部（図示せず）からの入力信号がＦＰＣ７０のＩＣ用配線７１と電極基板４に設けられたＩＣ用リード部４５とを介してドライバＩＣ５０に入力される。また、ＦＰＣ７０の共通電極用配線７２と電極基板４に設けられた共通電極用リード部４６とを介してキャビティ基板３の共通電極端子（図示せず）に駆動信号が供給される。
【００２７】
また、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６が形成される貫通孔４７，４８は、電極基板４においてドライバＩＣ５０が配置された領域の下に形成されている。このため、液滴吐出ヘッドの面積を増やすことなくリードの配線を行うことが可能となっている。また、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６をＣｕ等の導電性に優れた金属とすることにより、リードの抵抗を低減することができ、接続の信頼性を高くすることができる。
【００２８】
ここで、ＩＣ用リード部４５を構成する複数のリードは、ヘッド駆動電圧、ＩＣロジック用電圧、ノズル選択信号、クロック、ラッチ、ＧＮＤなどに使用されるもので、例えば１０本程度であり、アクチュエータ数に比べて格段に少ない。また、このリード数はアクチュエータ数とは関係ないため、アクチュエータ数が増えて高密度化されても、リード数が増えることはない。このため、高密度化に対応可能な配線構造とすることができる。
【００２９】
また電極基板４には液滴供給孔４４が形成されており、この液滴供給孔４４は電極基板４を貫通している。この電極基板４に形成された液滴供給孔４４、キャビティ基板３に形成された液滴供給孔３５及びリザーバ基板２に形成された液滴供給孔２４は、リザーバ基板２、キャビティ基板３及び電極基板４が接合された状態において互いに繋がって、外部から共通液滴室２１に液滴を供給するための液滴供給孔６０を形成する（図２参照）。
【００３０】
ここで図１及び図２に示す液滴吐出ヘッドの動作について説明する。共通液滴室２１には外部から液滴供給孔６０を介してインク等の液滴が供給されている。また吐出室３２には共通液滴室２１から貫通孔２３を介して液滴が供給されている。ドライバＩＣ５０には、ＦＰＣ７０のＩＣ用配線７１及び電極基板４に設けられたＩＣ用リード部４５を介して液滴吐出装置の制御部（図示せず）から入力信号（パルス電圧）が供給されている。そしてドライバＩＣ５０から個別電極４２に０Ｖから４０Ｖ程度のパルス電圧を印加し個別電極４２をプラスに帯電させる。このとき、キャビティ基板３の共通電極端子（図示せず）には、ＦＰＣ７０の共通電極用配線７２（図１参照）及び電極基板４に設けられた共通電極用リード部４６を介して液滴吐出装置の制御部（図示せず）から駆動信号（パルス電圧）を供給し、対応する振動板３１をマイナスに帯電させる。これにより、振動板３１は静電気力によって個別電極４２側に吸引されて撓む。次にパルス電圧をオフにすると、振動板３１にかけられた静電気力がなくなり振動板３１は復元する。このとき吐出室３２の内部の圧力が急激に上昇し、吐出室３２内の液滴がノズル連通孔２６を通過してノズル孔１１から吐出される。その後、液滴が共通液滴室２１から貫通孔２３を通じて吐出室３２内に補給され、初期状態に戻る。なお、液滴吐出ヘッドの共通液滴室２１への液滴の供給は、例えば液滴供給孔６０に接続された液滴供給管（図示せず）により行われる。
【００３１】
次に、本実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの製造方法について図３を参照して説明する。
図３は液滴吐出ヘッドの製造方法の一例を示す製造工程図で、特に上記の電極基板４の製造方法を中心に示した製造工程図である。なお、以下に示す各種条件は一例であり、それらの条件に限定されるものではない。
【００３２】
（ａ）電極基板４となる電極基板基材であるガラス基板４００の表面４００ａにＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６に対応する部分をレジスト又はＣｒをマスクとして区画形成してパターニングする。その後、ＣＨＦ３やＣＦ４等のガスを単独又は混合して用いてＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）でガラス基板４００を３００μｍ〜８００μmの深さに垂直にエッチングする。これにより、ＩＣ用リード部４５を形成するための穴（ＩＣ用リード部形成用穴）４０１と共通電極用リード部４６を形成するための穴（共通電極用リード部形成用穴）４０２とが形成される。これらの穴４０１，４０２は、ガラス基板４００を貫通しない穴となっている。
（ｂ）個別電極４２を形成するための凹部４１を、Ｃｒをマスクとして区画形成後、ウエットエッチングして５０〜３００ｎｍの深さに形成する。なお、共通電極用リード部４６を形成するための穴４０２は、凹部４１が形成されていない箇所に設けられている。
（ｃ）Ｃｒを剥離後、ＩＴＯを約１００ｎｍの厚みにスパッタリングして成膜し、フォトレジストをエッチングマスクとして凹部４１内に個別電極４２を区画形成する。
【００３３】
（ｄ）ガラス基板４００の個別電極４２が形成された面４００ａに、Ｃｕをスパッタリングし、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６をＣｕメッキにより埋め込むためのシード層とする。その後、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６となる部分をフォトレジストで区画形成してＣｕを電解メッキにより埋め込み、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６を形成する。個別電極４２の区画形成と、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６の金属の埋め込みの順番はどちらが先でも良い。個別電極４２の区画形成を先に行う場合には、金属を埋め込む際のメッキ前処理としてのスパッタが不要となるのに対して、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６を先に形成する場合には、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６のギャップ内形成部分をＩＴＯで覆うことができるので、金属イオンによるギャップ内の汚染による、静電アクチュエータの耐久性低下を防止することが可能となる。
【００３４】
（ｅ）ガラス基板４００の裏面（個別電極４２が形成された面とは反対側の面）４００ｂをフッ酸系の溶液により全面エッチングして、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６の金属の頭部（接点部）を露出させる。この露出部分がＦＰＣ実装部４５ｂ、４６ｂとなる。なお、ガラス基板４００の裏面（個別電極４２が形成された面とは反対側の面）４００ｂに凹部を形成することによって頭部の露出を行っても良い。この場合、前記のＩＣ用リード部形成用穴４０１及び共通電極用リード部形成用穴４０２を浅く掘っておけば良い。そして、サンドブラスト等によって液滴供給孔４４を形成する。
以上により電極基板４が完成する。
【００３５】
（ｆ）完成した電極基板４に、キャビティ基板３となるシリコン基板３００を陽極接合する。陽極接合する際に、均一なギャップを形成し、振動板３１と個別電極４２が貼りつかないように、シリコン基板３００と個別電極端子部を同（等）電位とするために、接合時の冶具等により短絡する。等電位を確保するには、接合時の冶具と個別電極端子部、同冶具とシリコン基板３００をそれぞれ接触させて短絡する。
そして、吐出室３２等の液滴流路、振動板３１、第１の穴部３４及び液滴供給孔３５等をシリコン基板３００に異方性エッチングにより形成する。これらの異方性エッチング加工はシリコン基板３００を接合した後行っても、予め加工を行った後に接合してもどちらでも良い。接合後に加工を行えば、シリコン基板３００が薄い場合でも割れずに容易に加工が可能となる。
シリコン基板３００に各構成部（液滴流路、振動板３１、第１の穴部３４及び液滴供給孔３５等）を形成した後、封止材４３によりギャップ内の気密封止を行う。その封止は、ＣＶＤ装置を用いたＴＥＯＳ成膜などによって行う。
【００３６】
（ｇ）ドライバＩＣ５０を電極基板４上に実装する。すなわち、ドライバＩＣ５０を、キャビティ基板３に設けられた第１の穴部３４に挿入し、個別電極４２のＩＣ出力実装部４２ａ（図１参照）及びＩＣ用リード部４５のＩＣ入力実装部４５ａとドライバＩＣ５０とを電気的及び機械的に接合する。
【００３７】
（ｈ）その後、シリコン基板（キャビティ基板）３の上に、第２の穴部２５、ノズル連通孔２６及び凹部２２等が形成済のリザーバ基板２を接着接合し、その上にノズル孔１１が形成済のノズル基板１を接着接合して流路を形成する。その後、ダイシング等により接合ウェハを分離して個別の液滴吐出ヘッドを得る。なお、ドライバＩＣ５０への入力配線を引き出すための開口部である貫通孔４７，４８には金属が埋め込まれており、ドライバＩＣ５０を収容する収容部５１が外部と連通せず密閉された構造であるため、このダイシングの際に、切削水がドライバＩＣ５０の周囲に浸入することがなく、水や切削屑の残留による短絡が起こる危険はない。
【００３８】
（ｉ）ＩＣ用リード部４５のＦＰＣ実装部４５ｂ及び共通電極用リード部４６のＦＰＣ実装部４６ｂにＡＣＦ（異方性導電接着剤）を用いてＦＰＣ７０を実装し、そのＦＰＣ７０を通じて、液滴吐出装置の制御部（図示せず）との接続を行う。また、液滴供給孔４４へ液滴供給管を接続して液滴を供給可能として液滴吐出ヘッドとする。
【００３９】
このように、本実施の形態によれば、ドライバＩＣ５０への入力用の配線を、液滴吐出ヘッドのノズル面側ではなくその反対側の面に引き出した構造としたため、ワイピング時やダイシング時に、液滴や切削水等が配線部に付着することがない。このため、水分付着による短絡を防止でき、信頼性を向上することができる。また、ＩＣ用リード部４５を従来のようにヘッドチップの端辺側へと引き出すのではなく、電極基板４に設けられた貫通孔４７を介して裏面（個別電極４２が形成された面とは反対側の面）に引き出した構造であるため、チップの小型化が可能となる。そして、チップを小型化すれば、１枚のウェハからのチップ取り数が増え、コスト低減が可能となる。
【００４０】
また、本実施の形態の構造によれば、アクチュエータ数が増えて高密度化されても、電極基板４に形成されるＩＣ用リード部４５のリード数には変化がないため、配線を複雑化することなく、省スペースでの配線が可能となる。
【００４１】
また、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６は、電極基板４に設けられた貫通孔４７，４８に金属を埋め込んだ構造であるため、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６とドライバＩＣ５０との接続信頼性を高めることができるとともに、配線抵抗を低くすることができる。また、ドライバＩＣ５０への入力配線引き出しのための開口部である貫通孔４７，４８には金属が埋め込まれており、ドライバＩＣ５０を収容する収容部５１が外部と連通せず密閉された構造であるため、ダイシング時の切削水の浸入がなく、配線やドライバＩＣ周りにおける水、切削屑の残留による短絡を防止できる。
【００４２】
さらに、ＩＣ用リード部４５及び共通電極用リード部４６は、電極基板４においてドライバＩＣ５０の配置された領域の下に形成されており、液滴吐出ヘッドの面積を増やすことなくリードの配線を行うことが可能である。このため、チップサイズを最小化でき、小型化が可能となる。また、ヘッドチップの小型化により、１枚のウエハからのチップ取り数を増やすことができ、コストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図。
【図２】図１の液滴吐出ヘッドの概略断面図。
【図３】図１に示された液滴吐出ヘッドの製造方法を示す製造工程図。
【符号の説明】
【００４４】
１ ノズル基板、２ リザーバ基板、３ キャビティ基板、４ 電極基板、１１ ノズル孔、１２ 吐出室、２１ 共通液滴室、２２ 共通液滴室となる凹部、２３ 貫通孔、２５ 第２の穴部、２６ ノズル連通孔、３１ 振動板、３２ 吐出室、３３ 吐出室となる凹部、３４ 第１の穴部、３５ 液滴供給孔、４２ 個別電極、４５ ＩＣ用リード部、４６ 共通電極用リード部、４７ 貫通孔、４８ 貫通孔、５１ 収容部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、
底壁が振動板を形成し、前記液滴を溜めておく吐出室となる凹部が前記ノズル孔毎に形成されたキャビティ基板と、
前記振動板に対向し、前記振動板を駆動する個別電極が複数形成された電極基板と、
前記吐出室に液滴を供給する共通液滴室となる凹部と、前記共通液滴室から前記吐出室へ液滴を移送するための孔と、前記吐出室から前記ノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔とを有するリザーバ基板と、
前記個別電極に駆動信号を供給するドライバＩＣと、
前記個別電極数よりも少ない本数のリードからなり、前記ドライバＩＣに接続され、前記ドライバＩＣに入力信号を供給するためのＩＣ用リード部と、
前記キャビティ基板に接続され、前記振動板に入力信号を供給するための共通電極用リード部とを備え、
前記キャビティ基板には第１の穴部が設けられ、前記リザーバ基板には第２の穴部が設けられており、前記第１の穴部と前記第２の穴部は連通して収容部を形成し、前記ドライバＩＣは、前記収容部に収容されており、
前記電極基板には貫通孔が設けられており、前記ＩＣ用リード部及び前記共通電極用リード部は、前記貫通孔を通じて、前記個別電極が形成された面とは反対側の面に引き出されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記ＩＣ用リード部及び前記共通電極用リード部は、前記貫通孔に金属が埋め込まれて形成されていることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記貫通孔は、前記電極基板において、前記ドライバＩＣが配置された領域内に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記ドライバＩＣは、複数の個別電極からなる個別電極列が２列並置された列間の境界部に対応する領域に配置されており、各列の個別電極の一端が、前記ドライバＩＣに接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記電極基板を形成する工程と、
前記キャビティ基板と前記電極基板とを接合する工程と、
前記ドライバＩＣを前記個別電極に接続する工程とを有し、前記電極基板を形成する工程は更に、
前記電極基板となる基材に穴を形成する工程と、
前記穴の内部にシード層を形成して金属を埋め込む工程と、
前記穴が形成された面とは反対側の面をエッチングして、埋め込まれた金属の頭部を露出させる工程とを有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１】
液滴を吐出する複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、
底壁が振動板を形成し、前記液滴を溜めておく吐出室となる凹部が前記ノズル孔毎に形成されたキャビティ基板と、
前記振動板に対向し、前記振動板を駆動する個別電極が複数形成された電極基板と、
前記吐出室に液滴を供給する共通液滴室となる凹部と、前記共通液滴室から前記吐出室へ液滴を移送するための孔と、前記吐出室から前記ノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔とを有するリザーバ基板と、
前記個別電極に駆動信号を供給するドライバＩＣと、
前記個別電極数よりも少ない本数のリードからなり、前記ドライバＩＣに接続され、前記ドライバＩＣに入力信号を供給するためのＩＣ用リード部と、
前記キャビティ基板に接続され、前記振動板に入力信号を供給するための共通電極用リード部とを備え、
前記キャビティ基板には第１の穴部が設けられ、前記リザーバ基板には第２の穴部が設けられており、前記第１の穴部と前記第２の穴部は連通して収容部を形成し、前記ドライバＩＣは、前記収容部に収容されており、
前記電極基板には貫通孔が設けられており、前記ＩＣ用リード部及び前記共通電極用リード部は、前記貫通孔を通じて、前記個別電極が形成された面とは反対側の面に引き出されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記ＩＣ用リード部及び前記共通電極用リード部は、前記貫通孔に金属が埋め込まれて形成されていることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記貫通孔は、前記電極基板において、前記ドライバＩＣが配置された領域内に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記ドライバＩＣは、複数の個別電極からなる個別電極列が２列並置された列間の境界部に対応する領域に配置されており、各列の個別電極の一端が、前記ドライバＩＣに接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記電極基板を形成する工程と、
前記キャビティ基板と前記電極基板とを接合する工程と、
前記ドライバＩＣを前記個別電極に接続する工程とを有し、前記電極基板を形成する工程は更に、
前記電極基板となる基材に穴を形成する工程と、
前記穴の内部にシード層を形成して金属を埋め込む工程と、
前記穴が形成された面とは反対側の面をエッチングして、埋め込まれた金属の頭部を露出させる工程とを有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−２８４７７５（Ｐ２００８−２８４７７５Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３１７５２（Ｐ２００７−１３１７５２）
【出願日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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