JP2000218800A - インクジェットプリンタヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エッチング残渣によるボンディング不良を発生
させず、オリフィス板に良好な吐出ノズルを短時間で能
率良く形成するインクジェットプリンタヘッドの製造方
法を実現する。 【解決手段】ポリイミド４１の両面に熱可塑性ポリイミ
ド接着層４２ａ、４２ｂを塗布された数１０ｍの長さの
ロール状のオリフィス板用シート３８をロールからロー
ルへ巻き取りながら有機膜エッチング装置４９で上面の
熱可塑性ポリイミド接着層４２ａを除去し、その上に蒸
着装置５０で２０００Åの金属膜４４を被着させる。こ
の後さらにＮｉメッキ液にフッ化グラファイト微粒子な
どを混合分散したメッキ液で０．１〜０．２μｍ程度の
複合メッキ膜５１を形成し、この上にＮｉ又はＣｕで厚
さ０．３μｍ程度のマスク金属膜５２を形成する。これ
を基板に積層しパターン５３を形成しへリコン波エッチ
ングで高速にエッチングするとマスク金属膜５２が無く
なり複合メッキ膜５１もやや削り取られるが厚さ１／２
程度が残る。これで撥水性が付与される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オリフィス板に良
好な吐出ノズルを短時間で能率良く形成する作業性に優
れたインクジェットプリンタヘッドの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、インクジェット方式のプリンタが
広く用いられている。このインクジェット方式によるプ
リンタには、発熱抵抗体の発熱による気泡の発生する力
でインク滴を飛ばすサーマルジェット方式や、ピエゾ抵
抗素子（圧電素子）の変形によってインク滴を飛ばすピ
エゾ方式等がある。

【０００３】これらは、色材たるインクをインク滴にし
て直接記録紙に向かって吐出するという工程により、粉
末状の印材であるトナーを用いる電子写真方式と比較し
た場合、印字エネルギーが低くて済み、インクの混合に
よってカラー化が容易であり、印字ドットを小さくでき
るので高画質であり、印字に使用されるインクの量に無
駄が無くコストパフォーマンスに優れており、このため
特にパーソナル用プリンタとして広く用いられている印
字方式である。

【０００４】そして、上記のサーマルジェット方式に
は、インク滴の吐出方向により二通りの構成、すなわ
ち、発熱抵抗体の発熱面に平行な方向へ吐出するサイド
シュータ型サーマルインクジェットヘッドと呼称される
構成のものと、発熱抵抗体の発熱面に垂直な方向に吐出
するルーフシュータ型又はトップシュータ型サーマルイ
ンクジェットヘッドと呼称される構成のものとがある。
中でもルーフシュータ型サーマルインクジェットヘッド
は、消費電力が極めて小さくて済むことが知られてい
る。

【０００５】図９(a),(b),(c) は、ルーフシュータ型サ
ーマルインクジェットヘッドの印字原理の概略を模式的
に示している。同図(a) に示すように、シリコン基板１
上には発熱抵抗体２が形成されており、シリコン基板１
に対向し、不図示の隔壁に接着されてオリフィス板３が
配置され、このオリフィス板３には、発熱抵抗体２に対
向する位置にオリフィス（インク吐出口）４が形成され
ている。上記の発熱抵抗体２は不図示の電極に接続され
ており、発熱抵抗体２が設けられているインク流路には
インク５が常時供給されている。

【０００６】このオリフィス４からインク滴を吐出させ
るには、先ず、同図(b) に示すように、画像情報に応じ
た通電により、発熱抵抗体２を熱してこの発熱抵抗体
２上に核気泡を発生させ、この核気泡が合体して膜気
泡６が発生し、この膜気泡６が断熱膨脹して成長し周
囲のインクを押し遣り、これによりオリフィス４からイ
ンク５′が押し出され、この押し出されたインク５′
は、同図(c) に示すように、インク滴７となってオリフ
ィス４から不図示の紙面に向けて吐出される。この後、
上記の成長した膜気泡が周囲のインクに熱を取られて
収縮し、ついには膜気泡が消滅し、次の発熱抵抗体の
加熱を待機する。この一連の工程〜は瞬時に行われ
る。

【０００７】この形式におけるサーマルインクジェット
ヘッドの製法としては、シリコンＬＳＩ形成技術と薄膜
形成技術を利用して、複数の発熱抵抗体と個々の駆動回
路とオリフィスを一括してモノリシックに形成する方法
がある。この方法によれば、例えば約１０ｍｍの幅の基
板に、解像度が３６０ｄｐｉ（ドット／インチ）の印字
ヘッドであれば１２８個の発熱抵抗体と駆動回路とオリ
フィスが形成され、また解像度が７２０ｄｐｉの場合で
あれば２５６個の発熱抵抗体と駆動回路とオリフィスが
形成される。

【０００８】図１０は、そのようなサーマルインクジェ
ットヘッドの製造工程を示す図表である。同図に示すよ
うに、工程では、基板上に酸化膜、抵抗膜及び電極膜
を形成する。工程では、上記抵抗膜には発熱部のパタ
ーン、電極膜には電極のパターンをそれぞれスパッタリ
ングで形成する。工程では、所定の位置にインク流路
を区分けする隔壁と外部とのインクシール隔壁を形成す
る。工程では、基板にインク供給路とインク供給孔を
穿設する。工程では、それらの上にオリフィス板を貼
りつける（積層する）。

【０００９】続いて、工程では、オリフィス板の表面
に金属膜を形成してその金属膜にオリフィスのパターン
を形成する。工程では、一般的なドライエッチング装
置やエキシマレーザなどにより、オリフィスの孔空け加
工を行う。工程では、ウエハ上に一括形成されている
各基板をダイシング分割して個々の単体に切り離す。工
程では、単体となったヘッド基板を実装基板にボンデ
ングし、端子接続して、実用単位のサーマルインクジェ
ットヘッドが完成する。

【００１０】ところで、ルーフシュー夕型サーマルイン
クジェットヘッドの製法においては、１０μｍ程度の高
さの隔壁で形成されているインク溝やインク通路が埋ま
らないようにオリフィス板を貼り付ける必要がある。こ
の隔壁を１５μｍ以上の高さに形成すれば無用の心配を
しなくてもよいようであるが、材料である感光性樹脂の
一回の塗布では、隔壁を１５μｍ以上の厚さに形成する
ことは不可能である。そうかといって、２回塗布するの
では、この部分の作業工程が２倍の時間を要するように
なって作業能率の低下が無視できない。

【００１１】また、そればかりでなく、４００ｄｐｉ以
上のヘッドで必要とされる細かなインク流路の形成は、
１０μｍ以上の高い隔壁では難しい。したがって、この
面からも隔壁の高さは１０μｍ程度に据え置く必要があ
る。この隔壁上に、通常はポリイミドなどの樹脂にエポ
キシ系等の接着剤を極薄く塗布したオリフィス板を加熱
・加圧して接着しているが、この方法では、例えば５μ
ｍ以下の厚さで接着剤を使用直前に塗布し、直後に基板
に貼り付ける必要がある。接着剤を薄く均一に塗布する
ことは難しいうえ、かりに５μｍの厚さに接着剤を塗布
できたとしても、貼り付け後のインク溝やインク流路
は、加熱・加圧で上から押し込まれた接着剤で５μｍの
高さに狭まるので、バラツキによってはインク溝やイン
ク流路の一部が塞がる不具合も発生する。

【００１２】このように、技術的には極薄に均一に塗布
する難しさと、塗布した後の保存性に問題があり、した
がって、塗布直後に貼り付け作業を行う必要がある。ま
た接着剤を塗布したものは、接着剤にべとつきがあるた
め、貼り付け時の取り扱い、つまり作業性にも問題があ
る。また、上記のように隔壁やオリフィス板に耐熱性の
信頼性の高いポリイミドを使用しても、接着剤層にエポ
キシ系のような耐熱性のない接着剤を使用すると、その
使用中の接着性の劣化などで、隔壁やオリフィス板の高
い耐熱信頼性が減殺される。

【００１３】したがって、近年では、上述したオリフィ
ス板３には、主材料である厚さ３０〜４０μｍ程度の極
薄のポリイミドフィルムの貼着面に熱可塑性の接着材を
用いるようにしている。これであると接着材を塗布した
まま保存が利き、基板１に積層する際には加熱と加圧で
容易に貼着できる。

【００１４】ただし、この熱可塑性の接着材は、オリフ
ィス板３の両面、つまり基板１上に積層される下面ばか
りでなく本来なら不用な上面にも被着させておく必要が
ある。これは、熱可塑剤を塗布した素材は物性定数の異
なる材料の塗布なので、もし片面塗布のみでは反りが発
生してオリフィス板３の取り扱いに手数がかかり、極め
て作業性が悪くなる。この問題に対処するために、つま
り、オリフィス板の両面に同一の物性定数を持たせて反
りを無くして取り扱いを良くし作業性を向上させる目的
で、両面に接着材を被着させる必要がある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記３０〜
４０μｍのオリフィス板は、取り扱い上では極薄のフィ
ルム部材であるとはいっても、オリフィスの孔空けに用
いられる一般的なドライエッチング装置やエキシマレー
ザ装置によるエッチング処理の上では厚い部材に属して
おり、多数のオリフィスを一括して適正に空けることは
困難であるとされていた。したがって、従来は、適数個
づつに分割して孔空けを行っていたために、オリフィス
の孔空けに時間がかかるという問題を有している。

【００１６】ここで、多数のオリフィスを一括して高速
に形成するには、ヘリコン波エッチングが考えられる。
ヘリコン波は、プラズマの中を伝搬する電磁波の一種
で、別名ホイスラー（笛）波とも呼ばれ、高密度プラズ
マを発生させることができる。このような高密度プラズ
マを用いれば、多数のオリフィスを一括して高速に且つ
方向性良く形成することができる。

【００１７】しかしながら、ヘリコン波エッチング装置
では、他のエッチング装置に比較して工作対象物が高温
になることと、上述したように、オリフィス板は両面に
熱可塑性の接着材が被着されていることから、種々の不
具合が発生する。

【００１８】図１０(a) は、オリフィスの孔空け前の状
態にある印字ヘッドの部分拡大断面図であり、同図(b)
は、金属膜パターンの形成が終了した状態を示す図、同
図(c) はヘリコン波エッチングによるオリフィス加工時
の不具合を示す図である。この図１０(a) に示すよう
に、図９(a) に示したオリフィス板３は、ポリイミドフ
ィルム８ｂの両面に熱可塑性の接着材８ａ及び８ｃ（８
ａ＝８ｃ）が被着されている。

【００１９】このオリフィス板３は、インク溝９や図外
のインク流路等を形成するために上記接着材８ｃの面を
シリコン基板１に向けて隔壁１１の上に載置され、２０
０〜３００℃に加熱されつつプレスされ、図１０(a) に
示すようにシリコン基板１上に固定される。同図には、
抵抗膜１２の発熱部（抵抗発熱体）２と、これを発熱駆
動する共通電極１３ａと個別電極１３ｂも示している。

【００２０】この後、オリフィス板３の表面に金属膜１
４が蒸着され、同図(b) に示すように、発熱部２に対向
する位置に、オリフィスのパターン１５が形成される。
この後、ヘリコン波エッチング装置に入れて、上記パタ
ーン１５に従ってオリフィスの孔空けを実施する。

【００２１】上記のように両面に熱可塑性接着剤の塗布
されたオリフィス板３は、基板１に積層するまでの工程
では有効に形成された素材であるが、金属膜１４をつけ
てパターン１５を形成した後で熱の加わる場合には、金
属膜１４の無くなって露出したパターン部の熱可塑性接
着剤８ａが、金属膜１４との物性定数の差によって、同
図(c) に示すように中央部に盛り上がる皺寄り現象が発
生する。

【００２２】金属膜１４として使っているＡｌとポリイ
ミド８ｂの線膨張係数は約２０ｐｐｍ／ｄｅｇであるの
に対して、熱可塑性接着剤８ａは４０ｐｐｍ／ｄｅｇと
２倍程度の差がある。従って冷温から加熱されて室温に
戻ると、パターン部の露出している面積が大きいほど熱
可塑性接着剤８ａが中央部により大きく盛り上がった皺
寄り状態になる。

【００２３】例えば、１００℃に加熱されたとして１ｍ
ｍの長さのところでは２μｍの差となり、１ｃｍでは２
０μｍの差となり、エッチングにより形成される孔に不
均一が発生し、部分的に熱可塑性接着剤８ａが残ってし
まうという不具合が発生する。すなわち、このままエッ
チングが進行し、オリフィスの孔空けが完了した後で調
べてみると、オリフィスのインク吐出口内に熱可塑性接
着材８ａの残渣が垂れ込んでいて、インク吐出口が真円
を形成しておらず、その形状が歪んだ状態で仕上がって
いる。したがって、印字の際には、本来吐出されるべき
方向、すなわち面に垂直な方向とは異なる方向にインク
が吐出される虞があって具合が悪い。また、高さ１０μ
ｍ程度のインク溝９やその他のインク流路を塞ぐ虞もあ
る。

【００２４】更には、上記オリフィスの孔空けと同時に
実施されるシリコン基板の拡散部に形成されている駆動
回路の電極に対応するボンデングワイヤ接続孔の孔空け
部は、パターンによる露出面積が比較的大きいから、上
記の現象が一層甚だしくなり、熱可塑性接着剤の残渣が
多量に残る。このように熱可塑性接着材８ａの残渣があ
ると、出来上がったインクジェットヘッドを実装基板へ
ワイヤアボンデングする際に不良が発生する。

【００２５】いずれの場合も、不良発生による歩留りの
低下を招いて単に作業効率が悪くなるばかりで無く、製
品コストの上昇を招いて大きな問題となる。本発明の課
題は、上記従来の実情に鑑み、オリフィス板の素材とし
て作業性に優れた両面に熱可塑性接着層を被着した薄膜
シートを用いても接着層の残渣によるボンディング不良
や吐出ノズル不良を発生させず、多数の良好な吐出ノズ
ルを短時間で能率良く一括形成できる作業性に優れたイ
ンクジェットプリンタヘッドの製造方法を実現すること
である。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
プリンタヘッドの製造方法は、複数のインク流路を区画
する隔壁と上記インク流路毎に設けられた発熱素子とが
形成された基板上にオリフィス板を積層し該オリフィス
板に複数の吐出ノズルを形成して成るインクジェットプ
リンタヘッドの製造方法であって、表裏両面に熱可塑性
の接着層を形成された薄膜シート材を上記オリフィス板
の素材に採用し、該薄膜シート材のインク吐出側となる
片面の上記接着層を除去し、該接着層を除去した面に対
エッチング用のマスク膜を形成し、該マスク膜に少なく
とも複数の吐出ノズルに対応したパターンを形成し、該
パターンに従ったエッチングにより上記複数の吐出ノズ
ルを一括して形成するように構成される。

【００２７】上記接着層の除去は、例えば請求項２記載
のように、上記薄膜シート材を上記基板上に積層した後
に実施するようにしても良く、また、例えば請求項３記
載のように、上記薄膜シート材を上記基板上に積層する
前に実施するようにしても良い。

【００２８】また、上記マスク膜の形成は、例えば請求
項４記載のように、上記薄膜シート材を上記基板上に積
層する前に実施することが好ましい。この場合、上記マ
スク膜は、例えば請求項５記載のように、撥水材料と金
属の複合膜及び金属膜との多層マスク膜で形成し、ま
た、請求項６記載のように、薄膜シート材を一対の巻取
りロール間で走行させつつ形成することが、マスク膜形
成の作業性が向上される点で好ましい。

【００２９】また、上記接着層は、例えば請求項７記載
のように、熱可塑性のガラス転移点が１５０℃以上であ
ることが好ましく、また、上記エッチングは、例えば請
求項８記載のように、ヘリコン波ドライエッチングで行
うようにする。また、上記接着層の除去は、例えば請求
項９記載のように、ドライエッチングによって行うよう
にすると良い。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。図１(a) は、第１の実施の形
態における、フルカラー・サーマルインクジェットヘッ
ド（以下、単にカラーヘッドという）を示す図であり、
同図(b) は、そのカラーヘッドをシリコンウエハ上に多
数形成した状態を示す図である。同図(a)に示すカラー
ヘッド２０は、やや大きな基板２１上に、４個の単一ヘ
ッド２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）が並んで
配置された形状で構成される。

【００３１】上記の各単一ヘッド２２には、多数のノズ
ル（インク吐出口、オリフィス）から成る１列のノズル
列２３がオリフィス板２４に形成されており、カラーヘ
ッド２０全体としては、４列のノズル列２３が形成され
ている。これらのノズル列２３は、例えば右方から左方
に順に、減法混色の三原色であるイエロー（Ｙ）、マゼ
ンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の３色のインク及び文字や画
像の黒部分に専用されるブラック（Ｂｋ）のインクを夫
々吐出するように構成される。

【００３２】このようなカラーヘッド２０は、解像度が
３６０ｄｐｉの場合であれば、概略８．５ｍｍ×１９．
０ｍｍの大きさのチップに、１２８ノズル×４列＝６４
０ノズルを備えることが可能であり、また、解像度が７
２０ｄｐｉの場合であれば、ほぼ８．５ｍｍ×１９．０
ｍｍの大きさのチップに２５６ノズル×４列＝１２８０
ノズルを形成することが可能である。

【００３３】そして、同図(b) に示すように、そのよう
なカラーヘッドの基板が、１枚のシリコンウエハ２５上
に、スクライブラインで区画されて、多数（例えば９０
個以上）形成され、後述する製造工程を経て同図(a) に
示すように完成した後、シリコンウエハ２５から個々に
切り出される。

【００３４】図２(a),(b),(c),(d) は、上記カラーヘッ
ドの製造方法を工程順に説明する図であり、それぞれ一
連の工程において、シリコンチップの基板上に形成され
ていく単一ヘッドの概略の平面図を模式的に示してい
る。尚、同図(d) には２１個の大きなインク吐出ノズル
（オリフィス）を示しているが、実際には上述したよう
に、１２８個又は２５６個のオリフィスが一列に形成さ
れているものである。

【００３５】図３(a) は、上段に上記の図２(b) を模式
的に拡大して示し、中段に上段のＡ−Ａ′断面矢視図を
示し、下段に上段のＢ−Ｂ′断面矢視図を示している。
また、図３(b) は、図３(a) に続く工程を示しており、
その上段、中段及び下段に示される部位は、図３(a) の
上段、中段及び下段に示す部位に対応している。そし
て、図３(c) は、上段に図２(d) を模式的に拡大して示
している。この上段並びに中段及び下段に示される部位
は、図３(a) の上段、中段及び下段に対応する部位であ
る。尚、これらの図３(a),(b),(c) には、図示する上で
の便宜上、１２８個又は２５６個のオリフィスを、５個
のオリフィスで代表させて示している。

【００３６】図４は、上記のカラーヘッドの製造工程の
内容を示す図表である。同図に示すように、本実施の形
態においては、図１０に示した従来の工程よりも、工程
が一つだけ多くなっている。以下、上記の図２(a) 〜
(d) 、図３(a),(b),(c) 及び図４を用いて、カラーヘッ
ド（サーマルインクジェットヘッド）の製造方法を説明
する。

【００３７】先ず、前工程として、図２(a) に示すよう
に、ＬＳＩ形成処理により電極配線を備える駆動回路２
６とその端子２７を基板上２１に形成する。その後、図
４に示す工程１として図２(a) に示す酸化膜２８を形成
し、その上に薄膜形成技術を用いて、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏな
どからなる発熱素子形成用の抵抗膜をスパッタ技術など
により４０００Åの厚みで成膜し、更に図２(b) に示す
ように、共通電極と個別配線電極を形成するための電極
膜２９を形成する。この電極膜は、Ｗ−Ａｌ（又はＷ−
Ｔｉ、Ｗ−Ｓｉ）などからなるバリアメタル膜に、Ａｕ
による電極膜を積層した多層構造とすることが好まし
い。

【００３８】次に、工程２として、ホトリソ技術によっ
て上記電極膜に配線部分のパターンを形成し、抵抗膜に
は例えばほぼ正方形の露出部が形成されて微細な発熱部
（ヒータ）のパターンを形成する。この工程で発熱部の
位置が決められる。

【００３９】図３(a) は、上記の工程２が終了した直後
の状態を示している。すなわち、基板２１上には共通電
極３１（３１ａ、３１ｂ）、共通電極給電端子３２（図
２(b) 参照）、個別配線電極３３、多数の発熱部３４が
形成されている。

【００４０】続いて、工程３として、個々の発熱部３４
に対応するインク溝とインクを外部から封止するための
シーリングを形成すべく感光性ポリイミドなどの有機材
料からなる隔壁部材をコーティングにより高さ２０μｍ
程度に形成し、これをパターン化した後に、３０分〜６
０分、場合によって２時間、３００℃〜４００℃の熱を
加えるキュア（乾燥硬化、焼成）を行る。これにより、
キュア後の高さ１０μｍの上記感光性ポリイミドによる
隔壁とインクシールが基板２１上に形成・固着される。

【００４１】更に、工程４として、ウェットエッチング
またはサンドブラスト法などにより上記基板２１の面に
溝状のインク供給路を形成し、更にこのインク供給路に
連通し基板２１の下面に開口するインク給送孔を形成す
る。

【００４２】図３(b) は、上述の工程３及び工程４が終
了した直後の状態を示している。すなわち、溝状のイン
ク供給路３５及びインク給送孔３６が形成され、インク
供給路３５の左側に位置する共通電極３１（３１ｂ）部
分と、右方の個別配線電極３３が配設されている部分、
及び各発熱部３４間に、隔壁３７（３７、３７−１、３
７−２）が形成されている。この隔壁３７は、個別配線
電極３３上の部分３７−１を櫛の胴とすれば、各発熱部
３４間に伸び出す部分３７−２は櫛の歯に相当する形状
をなしている。これにより、この櫛の歯を仕切り壁とし
て、その歯と歯の間の付け根部分に発熱部３４が位置す
る微細なインク溝が、発熱部体３４の数だけ形成され
る。この櫛の歯の長さを変えることによりインクの流通
するコンダクタンスが変わり、また隣接するインク溝を
流動するインク間の干渉にも影響する。

【００４３】この後、工程５として、両面に接着剤とし
ての熱可塑性ポリイミドを極薄に例えば厚さ２〜５μｍ
にコーテングしたポリイミドからなる厚さ１０〜４０μ
ｍのフィルムのオリフィス板を、上記積層構造の最上層
に張り付けて、隔壁３７、３７−１及び３７−２によっ
て形成された外部からのシール及びインク溝に蓋をし
て、２００〜３００℃で加熱しながら加圧してオリフィ
ス板を固着させる。これにより、インクシールが形成さ
れると共に個別の微細通路（インク溝坑）が形成され
る。

【００４４】図５(a) は、上記の工程５が終了した直後
の状態を示しており、同図(b) 及び同図(c) は、この後
に続く工程を示している。同図(a) に示すように、オリ
フィス板３８の積層によって、各発熱部３４に対応する
坑状のインク溝３９が形成されている。このオリフィス
板３８は、厚さ２５μｍ程度のポリイミドフィルム４１
の両面に、厚さが２〜５μｍの極薄の熱可塑性ポリイミ
ド接着層４２ａ、４２ｂをコーテングされて形成されて
いる。

【００４５】本実施の形態においては、上記の熱可塑性
ポリイミド接着層４２ａ及び４２ｂには、ガラス転移点
が１５０度以上である耐熱性の高い熱可塑性ポリイミド
を用い、これを極く薄い層として塗布している。この場
合も、熱可塑材の塗布は片面だけよりも両面に塗布した
ほうが塗布後の平面性がよく取り扱いが容易である。そ
して、このように耐熱性のある熱可塑材を両面に塗布し
たポリイミドフィルムを、隔壁とインクシール用隔壁の
形成された基板上に載置し、熱可塑材のガラス転移温度
以上に加熱しながら数１０分間、数１０ｋｇ／ｃｍ² の
加圧をして、固定する。このプレス圧着工程の好適な工
程条件の一例を示すと、１５０℃〜２４０℃、１９ｋｇ
／ｃｍ² でプレス時間は３０分間が好ましい。

【００４６】熱可塑性ポリイミド接着層４２ｂは、ガラ
ス転移点の１５０度以上になると弾性率が低下し同時に
接着性が出てくるものであるが、常温では水分の付着に
は注意が要るが接着性はなく、保存性もよく、安定で取
り扱い性のよいものである。したがって、これを塗布し
たものを保存しておき、使用時に必要部分を切りとって
使用することができるものである。

【００４７】この後、図４に示すように、工程６におい
て、オリフィス板３８の表面層すなわち図５(a) に示す
表面側の熱可塑性ポリイミド接着層４２ａを除去する。
この熱可塑性ポリイミド接着層４２ａの除去には、簡便
なレジストアッシヤーのような酸素プラズマ雰囲気での
通常の有機膜のエッチング装置を用い等方的にエッチン
グする。すなわち、基板２１に貼り付け後、そのまま、
１ＫＷ程度の酸素アッシヤーで５〜１０分エッチングす
るだけで表面の熱可塑性ポリイミド接着層４２ａを容易
に除去することが出来る。

【００４８】この後、工程７において、オリフィス板３
８の上記熱可塑性ポリイミド４２ａを除去されて表面が
露出したポリイミドフィルム４１上に、Ｎｉ、Ｃｕ又は
Ａｌなどの厚さ０．５〜１μｍ程度の金属膜を形成し、
その金属膜をパターン化して、ポリイミドを選択的にエ
ッチングする為のマスクを形成する。

【００４９】図２(c) は、上記の工程７において金属膜
を形成した直後の状態を示しており、基板２１の再上層
にはオリフィス板３８が全領域を覆って積層され、その
上面に金属膜４４が形成されている。そして、その金属
膜４４に、図５(c) に示すように、発熱部３４に対応す
る位置にパターン４５が形成され、更に、図２(b) に示
した駆動回路端子２７や共通電極給電端子３２等の印字
ヘッド側端子に対応する位置にもパターンを形成して金
属マスクが出来上がる。

【００５０】続いて、工程８において、オリフィス板３
８（４１）をへリコン波エッチング装置などにより上記
の金属膜マスクに従って、４０μｍφ〜２０μｍφの孔
空けをして多数のノズル孔（オリフィス）を一括形成す
ると共に、駆動回路端子２７や共通電極給電端子３２等
の印字ヘッド側端子に対応するコンタクト孔も一括形成
する。

【００５１】本実施の形態においては、オリフィス板３
８の表面側の熱可塑性ポリイミド４２ａを除去してから
オリフィス４７とコンタクト孔４８の孔空けを行ってい
るので、加工時に温度が上昇しても表面の線膨張係数の
異なる材料がなくなっているため均一なエッチングがで
き、したがって、この孔空け工程において従来見られた
図１０(c) に示したような不具合は発生しない。

【００５２】図２(d) 及び図３(c) は、上述の工程８が
終了した直後の状態を示している。すなわち、基板２１
上の全領域を覆ったオリフィス板３８（４１）により、
隔壁３７の厚さ１０μｍに対応する高さの坑状のインク
溝３９と、このインク溝３９とインク供給路３５とを連
通させるインク通路４６が形成され、これらからインク
を供給される発熱部３４に対向する位置に、インク吐出
用のノズル孔（オリフィス）４７が、軟化した熱可塑性
ポリイミド４２ａによる残渣等を形成することなく適正
な正円の断面をもって形成されている。

【００５３】また、駆動回路端子２７や共通電極給電端
子３２に対応する位置にも、残渣を伴わないコンタクト
孔４８（図２(d) 参照、図１(a) 及び図３(c) ではコン
タクト孔４８の図示を省略している）が形成されてい
る。このようにして、１列のノズル孔４７を備えた単一
ヘッド２２が完成する。そして、この単一ヘッド２２が
４個連続したものが図１(a),(b) に示したサーマルイン
クジェットヘッド２０である。

【００５４】ここまでの工程は、図１(b) に示したシリ
コンウエハ２５の状態での処理し、この後は工程９にお
いて、ダイシングソーなどでカッテングしサーマルイン
クジェットヘッド２０毎に個別に分割し、工程１０にお
いて、ワイアボンデングにより端子接続をマスター基板
などの接続端子に電気接続し、これをプリンタに装着し
て、プリンタの印字ヘッドとして完成する。

【００５５】この方法はサーマルインクジェットヘッド
２０に駆動回路などが付いた状態でデバイスが仕上がる
ので、デバイスが使いやすい、つまり接続の端子数も駆
動回路が内蔵されているので各発熱抵抗体に接続する必
要はなく、簡便な接続で容易に動作させることが出来
る。またデバイスの性能としても、オリフィスと発熱抵
抗体とを貼り合わせた後にマスク合わせしてオリフィス
の孔空け加工を行うので、予めオリフィス加工したオリ
フィス板を後から基板に貼り合わせる方法よりも遥かに
精度良く、均一に孔空けが出来、またシリコンウエハ上
に一括で作れるので生産性の高い実用性のある製造方法
である。

【００５６】また、近年、シリコンの加工技術が発達
し、単にＬＳＩだけでなく、圧力センサ、加速センサ、
デジタルマイクロミラー、サーマルインクジェットヘッ
ドなどにＬＳＩのパシベーション工程後に別のラインで
マイクロマシン技術を使ってデバイスを完成させること
が行われつつある。これらの加工の工程においても、本
実施の形態における上述した技術は同様の考え方で適用
できる。

【００５７】ところで、上記第１の実施の形態では、上
面接着層（熱可塑性ポリイミド４２ａ）の除去を、オリ
フィス板３８を基板２１上に積層した後に行っている
が、上面接着層の除去はこれに限るものではなく、オリ
フィス板３８を基板２１上に積層する前に行うこともで
きる。これを、第２の実施の形態として説明する。

【００５８】図６(a),(b),(c) は、第２の実施の形態に
おけるオリフィス板の加工方法を模式的に示す図であ
る。同図(a) に示すよに、この場合も、オリフィス板用
のシート３８は、ポリイミドフィルム４１の両面に、ガ
ラス転移点の高い熱可塑性ポリイミド接着層４２ａ及び
４２ｂを塗布したもので形成されている。

【００５９】このオリフィス板用シート３８を、同図
(b) の左方に示すようにロール状にして保持し、同図
(b) の右方に示すように同じくロール状に捲きとってい
く。この途中において、前述した通常の有機膜エッチン
グ装置４９内を通して、上面の接着材である熱可塑性ポ
リイミド接着層４２ａを除去し、続く工程では後段に配
置したマスク蒸着装置５１を通して金属膜４４を被着さ
せる。

【００６０】このようにして、同図(b) の右方のロール
には、同図(c) に示すような金属膜４４を被着済みのオ
リフィス板用シート３８′が巻き取れらた状態で作成さ
れる。このオリフィス板用シート３８′はロール状に巻
き上げた状態であるので保管と取り扱いが容易である。
また、上記のマスク蒸着装置５０と巻取り側ロールとの
間の下方に基板２１の治具を配置し、上方に打ち抜き機
を配置して、金属膜４４を被着済みのオリフィスシート
３８′を打ち抜いては基板２１上にオリフィス板として
載置していき、これに工程７の後半以下の処理を行うよ
うにすると、能率がよい。

【００６１】ところで、前述の工程には図示を省略した
が、一般には、オリフィス板に孔空け加工した後で、孔
空け加工に使った金属膜例えばＮｉの上にフッ素樹脂又
はフッ化グラファイト等の微粒子をＮｉメッキ液に分散
させてメッキを行ういわゆる複合メッキを行っている。
これは、撥水性を付加する処理であり、オリフィス板表
面のインクとの疎水性を向上させて、吐出するインク適
の切れをよくするようにしたものである。

【００６２】しかし、このようなフツ素樹脂等の微粒子
を分散させた複合メッキは、基本的には無電界メッキで
あるので、微細なオリフィスの孔空け加工後に基板２１
全体をメッキ液に浸すことによるオリフィスのインク吐
出口部、微細なインク溝、その他へのメッキ液からの析
出物の付着が発生して、これの除去が困難であるという
問題を有している。また、シリコンウエハ単位で処理し
ていかねばならないという量産上の遅滞を招くという問
題も有している。

【００６３】ところが、上述のオリフィス板３８を基板
２１上に積層する前に金属膜４４の被着を行うことが、
ロール処理によって可能になると、金属膜被着と同時に
撥水性付加の処理も行うことができ、オリフィスの孔空
け処理後に複合メッキを行う必要が無くなって便利であ
る。以下、これを第３の実施の形態として説明する。

【００６４】図７(a),(b) は、第３の実施の形態におけ
るオリフィス板の孔空け加工直前の工程を示す図であ
り、同図(c) は、オリフィス孔空け加工後の状態を示す
図である。先ず、同図(a) に示すように、数１０ｍの長
さのロール状のオリフィスシート３８′には、上述した
ように真空蒸着技術により、ＣｕまたはＮｉによる２０
００Åの金属膜が成膜されている。

【００６５】これに、さらにＮｉメッキ液などに撥水性
を付与出来るフッ素樹脂またはフッ化グラファイト微粒
子などの材料を混合分散してメッキを施し、複合メッキ
膜５１を形成する。この複合メッキ膜５１は撥水性を有
しているが、オリフィスに孔空け加工するエッチング時
の選択比が比較的低いので、エッチング後にこの複合メ
ッキ膜５１が表面に必要な０．１〜０．２μｍ程度の厚
さで残るようにするためには、この複合メッキ膜５１を
上記の０．１〜０．２μｍよりも相当厚い０．５〜０．
６μｍ程度まで厚く形成しなければならない。

【００６６】しかし本実施の形態においては、コスト的
にも高価な撥水性複合メッキ液を大量に使用することを
避け、また金属のみのメッキに比較して時間の要する複
合メッキの処理時間を短縮すべく、必要とされる厚さ分
の０．１〜０．２μｍ程度の薄い複合メッキ膜５１を形
成し、この上に、エッチング時の選択比を補強するため
に、コストの安い通常のＮｉまたはＣｕで、さらに０．
３μｍ程度の厚さでマスク金属膜５２をメッキ形成し、
図７(b) に示すように三層横造の金属膜にする。

【００６７】これに、オリフィスのパターン５３を形成
し、この三層横造のマスクを用い、酸素プラズマによる
へリコン波エッチングで高速にエッチングする。そうす
ると、同図(c) に示すように、オリフィス５４の孔空け
加工が終了する迄の間に、マスク金属膜５２がエッチン
グされて無くなり、更に複合メッキ膜５１もやや削り取
られてはいるが、オリフィス板の表面撥水性層として必
要な厚さの膜は表面に残すことができる。これでオリフ
ィス５４の孔空け加工終了後のインク吐出面には、その
ままで、後処理の必要はなく撥水性が付与されているこ
となる。

【００６８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、熱可塑材からなる接着層を両面に塗布されたオリ
フィス板用薄膜シートのインク吐出口側となる表面の熱
可塑性接着層をエッチングマスク膜を形成する前に除去
するので、エッチング後に熱可塑性接着層が熱膨張し残
渣として残ることがなく、これにより、残渣によるボン
ディング不良やオリフィス孔空け不良の発生を防止で
き、且つ、加工工程が高温となるヘリコン波エッチング
装置を使用できるから、複数の均一なオリフィス孔を一
括して短時間で空けることが可能となる。

【００６９】また、オリフィス板の素材としてガラス転
移点の高い熱可塑性接着材を被着したオリフィスシート
を用いれば、オリフィス板取付け作業性が向上されるだ
けでなく、熱可塑性接着材によるインク溝塞がりや実装
基板へのボンデング不良等の不具合が発生せず、ヘッド
製造の歩留りが向上する。

【００７０】また、予めＣｕ又はＮｉ膜などの金属膜に
撥水性膜とマスク鍍金膜を形成した複合金属膜をオリフ
ィス板に形成した後に発熱抵抗体や隔壁などの形成され
た基板に貼り付けてオリフィスの孔空けを行えば、基板
に貼り付けた後に複合膜をメッキ形成する場合のように
析出物の実装基板への付着が発生せず、これにより、歩
留りが向上すると共に、撥水性膜の形成がマスク膜と一
括形成処理できるので作業能率が格段に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) は第１の実施の形態におけるサーマルイン
クジェットヘッドを示す図、(b) は同ヘッドをシリコン
ウエハ上に多数形成した状態を示す図である。

【図２】(a),(b),(c),(d) は図１のサーマルインクジェ
ットヘッドの製造方法を工程順に示す平面図である。

【図３】(a),(b),(c) はそれぞれ上段に工程順のサーマ
ルインクジェットヘッドの平面図を模式的に拡大して示
し、中段に上段のＡ−Ａ′矢視断面、下段に上段のＢ−
Ｂ′矢視断面を示す図である。

【図４】サーマルインクジェットヘッドの製造工程の内
容を示す図表である。

【図５】(a) は工程５が終了した直後の状態を示す図、
(b) 及び(c) はその後に続く工程を示す図である。

【図６】(a),(b),(c) は第２の実施の形態におけるオリ
フィス板の加工方法を模式的に示す図である。

【図７】(a),(b) は第３の実施の形態におけるオリフィ
ス板の孔空け加工直前のの工程を示す図、(c) はオリフ
ィス孔空け加工後の状態を示す図である。

【図８】(a),(b),(c) はルーフシュータ型サーマルイン
クジェットヘッドの印字原理の概略を模式的に示す図で
ある。

【図９】従来のサーマルインクジェットヘッドの製造工
程を示す図表である。

【図１０】(a) は従来のオリフィスの孔空け前の状態に
ある印字ヘッドの部分拡大断面図、(b) は金属膜パター
ンの形成が終了した状態を示す図、(c) はヘリコン波エ
ッチングによるオリフィス加工時の不具合を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ シリコン基板 ２ 発熱抵抗体（発熱部） ３ オリフィス板 ４ オリフィス（インク吐出口） ５、５′ インク ６ 膜気泡 ７ インク滴 ８ａ、８ｃ 熱可塑性接着材 ８ｂ ポリイミドフィルム ９ インク溝 １１ 隔壁 １２ 抵抗膜 １３ａ 共通電極 １３ｂ 個別電極 １４ 金属膜 １５ オリフィスのパターン ２０ カラーヘッド（フルカラーサーマルインクジェッ
トヘッド） ２１ 基板 ２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ） 単一ヘッド ２３ ノズル列 ２４ オリフィス板 ２５ シリコンウエハ ２６ 駆動回路 ２７ 駆動回路端子 ２８ 酸化膜 ２９ 電極膜 ３１（３１ａ、３１ｂ） 共通電極 ３２ 共通電極給電端子 ３３ 個別配線電極 ３４ 発熱部 ３５ インク供給路 ３６ インク給送孔 ３７（３７、３７−１、３７−２） 隔壁 ３８、３８′ オリフィス板（オリフィスシート） ３９ インク溝 ４１ ポリイミドフィルム ４２ａ、４２ｂ 熱可塑性ポリイミド接着層 ４４ 金属膜 ４５ パターン ４６ インク通路 ４７ オリフィス ４８ コンタクト孔 ４９ 有機膜エッチング装置 ５０ マスク蒸着装置 ５１ 複合メッキ膜 ５２ マスク金属膜 ５３ オリフィスパターン ５４ オリフィス

フロントページの続き (72)発明者 河野 一郎 東京都青梅市今井３丁目10番６号 カシオ 計算機株式会社青梅事業所内 (72)発明者 新井 一能 東京都青梅市今井３丁目10番６号 カシオ 計算機株式会社青梅事業所内 Ｆターム(参考） 2C057 AF34 AF93 AG07 AG12 AG46 AG85 AK07 AP02 AP13 AP25 AP32 AP51 AP60 AQ03 BA04 BA13

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のインク流路を区画する隔壁と前記
   インク流路毎に設けられた発熱素子とが形成された基板
   上にオリフィス板を積層し該オリフィス板に複数の吐出
   ノズルを形成して成るインクジェットプリンタヘッドの
   製造方法において、 表裏両面に熱可塑性の接着層を形成された薄膜シート材
   を前記オリフィス板の素材に採用し、 該薄膜シート材のインク吐出側となる片面の前記接着層
   を除去し、 該接着層を除去した面に対エッチング用のマスク膜を形
   成し、 該マスク膜に少なくとも前記複数の吐出ノズルに対応し
   たパターンを形成し、 該パターンに従ったエッチングにより前記複数の吐出ノ
   ズルを一括して形成することを特徴とするインクジェッ
   トプリンタヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】 前記接着層の除去は、前記薄膜シート材
   を前記基板上に積層した後に実施することを特徴とする
   請求項１記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方
   法。
3. 【請求項３】 前記接着層の除去は、前記薄膜シート材
   を前記基板上に積層する前に実施することを特徴とする
   請求項１記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方
   法。
4. 【請求項４】 前記マスク膜の形成は、前記薄膜シート
   材を前記基板上に積層する前に実施することを特徴とす
   る請求項３記載のインクジェットプリンタヘッドの製造
   方法。
5. 【請求項５】 前記マスク膜は、撥水材料と金属の複合
   膜及び金属膜との多層マスク膜であることを特徴とする
   請求項４記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方
   法。
6. 【請求項６】 前記マスク膜は前記薄膜シート材を一対
   の巻取りロール間で走行させつつ形成することを特徴と
   する請求項４記載のインクジェットプリンタヘッドの製
   造方法。
7. 【請求項７】 前記接着層は、ガラス転移点が１５０℃
   以上の熱可塑性接着層であることを特徴とする請求項
   １、２、３、４、５又は６記載のインクジェットプリン
   タヘッドの製造方法。
8. 【請求項８】 前記エッチングは、ヘリコン波ドライエ
   ッチングであることを特徴とする請求項１記載のインク
   ジェットプリンタヘッドの製造方法。
9. 【請求項９】 前記接着層の除去は、ドライエッチング
   によって行うことを特徴とする請求項１、２、３又は７
   記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。