JP3554782B2 - インクジェットプリンタヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

【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、▲１▼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、▲２▼この核気泡が合体して膜気泡６が発生し、▲３▼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、▲４▼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、▲５▼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▲１▼〜▲５▼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▲１▼では、基板上に酸化膜、抵抗膜及び電極膜を形成する。工程▲２▼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▲３▼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▲４▼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▲５▼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▲６▼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▲７▼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▲８▼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▲９▼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５μｍ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（８ａ＝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、２００〜３００℃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１４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１ｍｍの長さのところでは２μｍの差となり、１ｃｍでは２０μｍ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１０μｍ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＝６４０ノズルを備えることが可能であり、また、解像度が７２０ｄｐｉの場合であれば、ほぼ８．５ｍｍ×１９．０ｍｍ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２６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〜６０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、３７−２）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１０〜４０μｍ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／ｃｍ^２ 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／ｃｍ^２ 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３８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３８（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３８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２０００Å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

Claims (9)

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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。

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