JPH07100375B2 - インクジェットプリントヘッド用の接着剤の選択的塗布及び接合方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はインクジェット形プリントヘッドの製造に関
し、更に詳しくはインクの流れを妨害する接着剤を使わ
ずに、複数部品のプリントヘッドを一体接合する方法に
関する。

（従来の技術と問題点） 要求時滴下（ドロップオンデマンド）式のインクジェッ
トプリント方式は、２つの基本型に分けられる。一方の
方式は圧電トランスデューサを用いて、ノズルから液滴
を放出させる圧力パルスを生じ、また他方の方式は熱エ
ネルギーを用いて、液滴を放出させる蒸気バブルをイン
ク充満チャネル内に生じる。この後者の方式は、熱イン
クジェット式プリントまたはバブルインクジェット式プ
リントと呼ばれる。一般に、熱インクジェットプリント
方式は、一端で比較的小さいインク供給室と連通し、他
端にノズルと呼ばれる開口を有する１つ以上のインク充
満チャネルを備えたプリントヘッドを有する。通常抵抗
である熱エネルギー発生器が、ノズル近くのチャネル内
にノズルから上流側へ所定の距離離れて配置されてい
る。各抵抗がデータ信号を表わす電流パルスによって個
々にアドレスされ、インクを瞬間的に蒸発して、インク
液滴を放出させてバブルを形成する。バブルが成長して
一定量のインクをノズルから膨出させ、ハブル崩壊の開
始点で液滴を分離することによって、インク液滴が各ノ
ズルから放出される。バブルが成長しつゝインクがノズ
ルから外へ出される加速度が液滴の運動量と速度を与
え、ノズルからの分離後液滴は用紙等の記録媒体へ向か
ってほゞ直線状に飛走する。

熱インクジェット形プリントヘッドを製造する１つの好
ましい方法は、一方のシリコンウェハの表面上に加熱エ
レメント、及び別のシリコンウェハの表面にチャネルと
小さいインク供給室またはリザーバを形成することであ
る。２枚のウェハは正確に整合され、加熱エレメントが
対応チャネルと整合されるとともに、両ウェハが一体接
合されることを保証する。個々のプリントヘッドは、２
枚の接合ウェハを裁断（ダイシング）することにらよっ
て得られる。この一般的な方法は、1985年４月３日付で
提出されたHawkins他の米国特許第4,601,777号に記され
ている。この組立方法の重要な部分は接合接着剤とその
塗布にある。極めてフラットな２枚のシリコンウェハが
係合されるので、２枚を一体接合するのに薄い接着剤の
被覆で充分であり、厚い被覆はチャネルを詰まらせてし
まう。初期のプリントヘッド製造法では、接着剤がイン
クリザーバを含むウェハの表面全体にスプレー被覆さ
れ、その後各チャネルが高精度のダイシングソーでウェ
ハに切削形成されていた。こうして、各リザーバ内には
接着剤被膜が残っているが、インクチャネルは接着剤を
含んでいない。この方法は、リザーバ内の接着剤被膜が
流動して、チャネルを詰まらせる恐れがあるため最適と
は言えない。しかし、かかる接着剤の塗布方式は、接着
剤の塗布後チャネルを切込形成する場合に使われてき
た。

Hawkins他の上記米国特許に開示された製造法では、イ
ンクチャネルがシリコンの非等方性エッチングによって
作製され、リザーバと同時に生成される。この方法は多
くの顕著な利点を提供するが、流体構造（つまりリザー
バ、充填孔及びチャネル）が接着剤の塗布工程前に同時
に作成されるという１つの問題があった。すなわちこれ
は、接着剤がチャネルの内部も被覆するため、ウェハ全
体に接着剤を施すという従来の方法がもはや使えないこ
とを意味する。事実、接着剤は各チャネルの頂端へと流
れる傾向を持つ。その結果、接着剤被膜を持つインクチ
ャネルは、動作中に接着剤が流動してチャネルを詰まら
せる可能性を与えるだけでなく、接着剤の流動でチャネ
ル及びノズルの有効寸法つまり断面積を変化させ、チャ
ネルの非等方性エッチングによって与えられた厳密な寸
法コントロールを失わせてしまう。

従って、複数組の加熱要素を含む一方のシリコンウェハ
の表面を、複数の小さいインクリザーバ及び対応した複
数組のインクチャネルを含む他方のシリコンウェハの表
面に、２つのウェハ間の係合界面にだけ接着剤を施して
いかに接着接合するかということが重要な問題であっ
た。このような接合方法は、流体構造つまり充填孔、イ
ンクリザーバ及びチャネルの全てが接着剤を含まないこ
とを意味する。以下に示す各従来技術は、上記の問題を
解決するに至っていない。

Stonier他の米国特許第4,284,457号は、片面に接着剤が
被覆され、その上にさらに剥離層が覆われた織布の使用
を開示している。この接着剤を被覆した織布のシートが
ハニカム状体のエッジ上に置かれ、熱と圧力によって部
分的に硬化される。剥離シートが、それを介して圧力が
印加されるプレートに接着剤が接着するのを防ぐ。接着
剤は砕け易くなるように、硬化及び脆弱化可能である。
次いで織布が、ほとんどの接着剤と共に取り除かれる。
残った接着剤はハニカム状体のエッジに付着した部分
で、これは織布中の硬化した接着剤層である他の部分か
ら流出分離したものである。

Schadeの米国特許第4,147,579号は、導電性の基至上に
施された接着剤の層を開示している。接着剤の層は電気
的に絶縁性でなければならず、特定位置の絶縁性接着剤
を基至から分離させずに、所定の形状または部分を打抜
き可能である。その後各電気部品が、熱または圧力下で
流動もしくは流出しない絶縁性接着剤に貼着される。

Schmoockの米国特許第4,465,538号は、基板上に回路状
のパターンで接着剤を施し、担持帯状体上のフォイル層
を移動してパターン化接着剤を有する基板表面に接触さ
せることを開示している。接着剤の硬化後、フォイルが
引き剥される。接着剤はフォイルのうち接着剤と接した
部分をそのまま残し、残りのフォイルを担持帯状体と一
緒に引き剥し可能とする。従って、接着剤のパターンと
同じフォイルが基板上に残り、フォイル上に適切な厚さ
で電気メッキが施される。この方式は、回路板を経済的
に製造するのに使われている。

Colfer他の米国特許第3,089,800号は、所定の形状を有
する金属フォイル、剥離シート、及び両者間の接着剤コ
ーティングを備え、接着剤コーティングがフォイルより
も剥離材の方から離れ易く、剥離シートを除去すると実
質上全ての接着剤がフォイル上に残るような小片を開示
している。従って、該特許は剥離シートからの完全な剥
離を容易化する接着剤に関わり、この特徴は本発明にと
って許容されない。すなわち、低粘性接着剤の表面エネ
ルギーは、数ミクロン以下の厚さ範囲において、テフロ
ン（登録商標）等の剥離シート上で接着剤が塊状化し易
く、接着剤の一様性を損わせる傾向を持つからである。

本発明の目的は、相互に精確に整合され、インク保持構
造を含む基板の高い表面にだけ施される一方インク保持
構造の全ての表面には施されない接着剤によって一体接
合された少なくとも２つの部品から成るプリントヘッド
を提供することにある。

本発明の別の目的は、平均厚を10分の数ミクロン以内で
コントロールできる方法で接着剤の塗布を可能とするこ
とにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明では、比較的薄い接着剤の被膜がスプレーまたは
スピン被覆法によって可撓性の基板上に施される。接着
剤層を含む可撓性の基板が、高い地点つまり隆起部だけ
が接着剤層と接触するようにインク構造を含んだプリン
トヘッド部分上に置かれる。所定の一様な圧力と温度を
接着剤層に加えた後、可撓性の基板がそこから引き剥さ
れる。液中における分子−分子間力はプリントヘッド部
分および剥離シートの表面との分子−界面間接合と比べ
て弱いので、分離は必ず液内で生じ、これはチャネルプ
レートの表面が常に接着剤の全てでなく一部を保持する
ことを意味する。接着剤層の厚さの約半分が、引き剥し
た可撓性の基板と一緒に除去される。

本発明のより完全な理解は、添付の図面を参照した以下
の詳細な説明を検討することによって得られるであろ
う。尚各図中、同様の部分は同一符号で示してある。

（実施例） 以下本発明をその好ましい実施例について説明するが、
これは発明をそれらの実施例に制限するものでないこと
が理解されよう。逆に本発明は、特許請求の範囲の記載
で限定された発明の精神及び範囲内に含まれるあらゆる
代替、変更及び等価物を包含するものである。

第１図はプリントヘッド10の前面の拡大概略斜視図で、
液滴噴出ノズル27のアレイを示している。破線17が液滴
18の軌道を表わす。下側の電気絶縁性基板28がその表面
30上にパターン化されたアドレス電極33と加熱要素（不
図示）を有する一方、上側の基板31は、一方向に沿って
延び該上側基板の前縁29を貫いた平行で断面三角形状の
溝14を有する。各溝14の他端は共通の内側凹部12と連通
している。内側凹部と三角形状断面の溝は破線で示して
ある。内側凹部12の床面13は、インク充填孔として使わ
れる貫通開口25を有する。溝を備えた上側基板の表面は
後で詳述するごとく下側基板28と整合及び接合され、複
数の加熱要素の各１つが溝と下側基板で形成された各チ
ャネル内に位置決めされる。インクは、内側凹部と下側
基板で形成されたマニホルドへと充填孔を介して入り、
毛細管作用によってチャネル内を満たす。各ノズルでイ
ンクがメニスカスを形成し、その表面張力によってイン
クがノズルから滴たるのを防ぐ。下側基板28上のアドレ
ス電極33は電極端子32に終端する。電極端子32が露出さ
れ、プリントヘッドが永久的にその上に接合されるドー
ターボード19上の電極とのワイヤ接合に使えるようにす
るため、上側基板つまりチャネルプレート31は下側基板
つまり加熱要素プレート28より小さい。チャネルプレー
ト31と加熱要素プレート28の製造工程の詳細な説明、及
び両部品のドーターボード19上への組立の説明について
は、William Hawkins他によって1985年４月３日付で提
出され本発明の出願人に譲渡された米国特許第4,601,77
7号、名称「サーマルインクジェットプリントヘッド及
びそのための製法」を参照のこと。本発明は上記Hawkin
s他の米国特許によるプリントヘッドの改良接合方法に
関するものなので、同米国特許の主題は参照によってこ
ゝに含まれるものとする。

第２図においては、複数組のバブル発生加熱要素34とそ
れらのアドレス電極33が片面研摩した（100）シリコン
ウェハ36の研摩面上にパターン形成されている。「（10
0）」は、シリコン・ダイシング技術に精通した当業者
にはよく知られているように、シリコンウェハのような
単一の結晶構造が切断される面を表す。後に述べる
「｛111｝面」の｛111｝も同様である。これらの数字
は、特定の切削装置によって切断される特定の面を意味
する。これらの数字の詳細な意味は、当業者には非常に
よく知られているものであるから、これ以上詳述するこ
とはしない。１つのインクジェットプリントヘッドに適
した一組の加熱要素34とアドレス電極33が、下側に拡大
してある。複数組のプリントヘッド電極33、加熱要素34
として機能する抵抗物質、及び共通帰路35をパターン形
成する前に、加熱要素とアドレス電極を受け入れる研摩
面が500Åと１ミクロンの間の厚さを有するSiO₂等の下
ぐすりで被覆される。抵抗物質は、化学的蒸着（CVD）
で被着できるドーピング多結晶シリコン、もしくはZrB₂
等その他任意の良く知られた抵抗物質とし得る。共通帰
路35とアドレス電極33は、下ぐすり層と加熱要素のエッ
ジ上に被着される。共通帰路の両端37とアドレス電極の
各端子32が所定の位置に被着され、チャネルプレートを
取り付けてプリントヘッドを作製した後におけるドータ
ーボードへのワイヤ接合用の隙間を与える。共通帰路35
とアドレス電極33は0.5〜3.0ミクロンの厚さで被着さ
れ、好ましい厚さは1.5ミクロンである。電極のパッシ
ベーションのため、リンをドープした２ミクロン厚のCV
DSiO_２膜（不図示）が複数組の加熱要素とアドレス電極
の全体上に被着され、その後ドーターボードの電極との
ワイヤ接合による接続のため、共通帰路とアドレス電極
の端子部からSiO₂膜がエッチング除去される。このエッ
チングは、湿式または乾式どちらのエッチング方法でも
よい。あるいは、プラズマ被着のSi₃N₄によって電極の
バッシベーションを行うこともできる。

下ぐすり被着後の適当な時点で、少なくとも２つの整合
マーク38（一方のみ図示している）がフォトリソグラフ
ィーによりウェハ36を形成する個々の下側基板28上の所
定位置に付される。これらの整合マークは、ウェハ39
（第３図）を形成するチャネルを備えた複数の上側基板
31の整合に使われる。複数組の加熱要素とアドレス電極
を含む片面研摩ウェハ36の表面が、後述するように両ウ
ェハ間の整合後ウェハ39に接合される。

第３図を参照すると、両面研摩した（100）シリコンウ
ェハ39が、プリントヘッド用の複数の上側基板31を作製
するのに使われる。ウェハを化学的に洗浄した後、熱分
解によるCVD窒化シリコン層（不図示）が両面に被着さ
れる。通常のフォトリソグラフィーを用いて、複数の各
上側基板31毎の充填孔25用パターン路と、所定の位置に
おける少なくとも２つの整合開口40（一方のみ図示して
いる）用パターン路とが、第３図に示した側と反対の一
方のウェハ面上にプリントされる。次いで、窒化シリコ
ンが充填孔と整合開口を表わすパターン路からプラズマ
エッチングで除去される。Hawkins他の前記米国特許に
開示されているごとく、充填孔と整合開口をエッチ除去
するのには水酸化カリウム（KOH）での非等方性エッチ
ングが使われる。この場合、（100）ウェハの｛111｝面
がウェハの表面と54.7度の角度を成す。充填孔は一辺当
り約20milsつまり0.5mmの小さい正方面状パターンで、
整合孔は約60〜80milsつまり1.5〜2mmの平方である。つ
まり、整合開口は20milsつまり0.5mm厚のウェハを完全
に貫いてエッチ形成される一方、充填孔はウェハの約半
分から４分の３の深さの終端頂部に至るまでエッチ形成
される。比較的小さい正方形の充填孔は引続くエッチン
グによる更なるサイズ増加に対して不変なので、整合孔
と充填孔のエッチングはそれほど時間的に制約されな
い。このエッチングは約２時間行われ、多数のウェハを
同時に処理できる。

次に、こうして先にエッチ形成された整合孔を基準とし
て用いて第３図に示すウェハ39の反対面がフォトリソグ
ラフィーでパターン形成され、最終的にそれぞれプリン
トヘッドのインクマニホルド及びインクチャネルになる
比較的大きい矩形凹部12及び対応した複数の三角形状チ
ャネル溝14を形成する。また、各上側基板31のマニホル
ドと隣接マニホルドの各短辺壁51の間にも２つの凹部46
がパターン形成される。各マニホルド凹部の長辺壁52と
平行で且つ隣接した平行の細長い溝53が、ウェハ表面を
完全に横切り隣接する上側基板31の各マニホルド凹部間
に延びている。細長い溝53は後で説明する理由から、ウ
ェハのエッジにまで延びていない。マニホルド凹部を画
成する壁51、52の隆起部47は元のウェハ表面の一部で、
窒化シリコン層を依然含んでおり、両ウェハ36、39を一
体に接合するため後で接着剤がその上に施される隆起部
47を形成する。あるいは、窒化シリコン層を隆起部47か
ら随意除去してもよい。細長い溝53と凹部46が、後述す
る接合工程時においてプリントヘッドの電極端子用間隙
を与える。凹部とチャネル溝を形成するのにはKOH溶液
による非等方性エッチングを用いるが、マニホルド凹部
の表面パターンのサイズに応じ、エッチング工程を計時
してマニホルド凹部の深さを抑えなければならない。さ
もないと、パターンサイズが大きくなり、エッチ液がウ
ェハを完全に貫いてエッチングしてしまう恐れがある。
マニホルド凹部12の床面13は、エッチング工程が停止さ
れたときの深さで決まる。インク充填孔25として使われ
るのに適した開口が形成されるように、床面13は充填孔
頂端の深さと交わるあるいはそこをわずかに越えるほど
充分に低くする。

一実施例における製造工程は、マニホルド凹部12に隣接
したチャネル溝端で平行なフライス切削を行うことを必
要とする。フライスまたはダイシング切削は、チャネル
溝に対して直角に行われる。マニホルド凹部の内側にお
ける切削は当然ながら、マニホルド凹部の壁にギャップ
49も切削形成する。厚さ“t"のこれらのギャップは後
に、プリントヘッドがドーターボード19に装着され且つ
ワイヤ接続された後に成されるパッシベーション層の付
与の間に満たされる。チャネル溝の外部側における切削
は、両ウェハの一体接合後、個々のプリントヘッドへの
ダイシング工程で成されるのが好ましい。こうして、上
側基板の前面29に対して直角にチャネル溝が開口され、
ノズルが形成される。

前記Hawkins他の米国特許に開示されているごとく、（1
00）シリコンウェハの非等方性エッチングは必ず保護層
の方形または矩形パターン路を介して実施し、エッチン
グが｛111｝面に沿って生じるようにしなければならな
い。つまり、各凹部または開口はウェハの表面に対して
54.7度の壁を有する。方形または矩形の開口がウェハ厚
に比べて小さいと、凹部が形成される。例えば、エッチ
形成された小さい矩形表面形状は、全ての壁がウェハ表
面に対して54.7度を成す細長いＶ字状溝凹部を生じる。
当該分野で周知なように、内部表面だけが非等方的にエ
ッチングされる。外部つまり凸状コーナは、エッチング
を案内するために｛111｝面を持たず、エッチ液はその
ようなコーナを極めて迅速にエッチ除去する。チャネル
をそれらの両端で開口することができず代わりにフライ
ス切削等の別の工程で完成しなければならない理由は、
ここにある。しかし好ましい実施例では、例えば２分間
の短い所定時間の等方性エッチングで薄い窒化物マスク
の下側をアンダーカットした後、例えば５分間の短いKO
H非等方性エッチングを行ってチャネルの開口を完成す
る等して、チャネル溝を開口し得る。等方性エッチング
はあらゆる方向に同時に等しく進行するので、このシリ
コン除去は非等方性エッチングの設計時に考慮に入れな
ければならない。チャネルはまず等方的に次いで非等方
的にエッチ開口されるため、チャネル壁は短くされる
が、それでも約20milsまたは0.5mmという所望の長さ内
にある。

窒化シリコン層を含むウェハの元の表面が２つのウェ
ハ、つまり一方が付設のマニホルドを含む複数組のチャ
ネルを有し、他方が複数組の加熱要素とアドレス電極を
有する２つのウェハを一体接合するための接合領域とな
る。接合領域に以下に述べる方法で接着剤を被覆した
後、チャネルウェハを保持して加熱要素ウェハと整合さ
せる赤外線整合−接合器を用いて、２つのウェハが一体
整合される。ウェハ39の整合孔40を用いる代りに、小さ
いエッチングビット等、｛111｝面との交差によって画
成されるそれらの側面角度のため赤外線顕微鏡では不透
明なパターンとして見えるウェハ39上の整合マーク（不
図示）を使うこともできる。複数組の加熱要素34を有す
るウェハ36上の整合マーク38は、例えば同じく赤外線に
不透明なアルミニウムのパターンとし得る。従って、各
ウェハ上の赤外線に不透明なマークと組み合せた赤外線
顕微鏡の使用は、ウェハを一体整合させるための更に別
の代替法である。

本発明の主題は、全ての流体表面（つまりインクとの接
触表面）が接着剤を含まないようにしながら、充分に接
合された２つの組立ウェハの全ての係合面となるチャネ
ルプレート上に接着剤を施す方法を含む。この方法は、
まず可撓性の補助基板（不図示）に約４ミクロン以下の
厚さの接着剤の薄い被膜をスプレーまたはスピン被覆
し、次いでその補助基板がチャネルプレート31の隆起部
つまり高い地点47上に施される。チャネルプレートの全
ての非エッチング表面上への接着接触を保証するため一
様な圧力と温度を加えた後、チャネルウェハの全ての非
エッチング表面上に約２ミクロン以下の接着剤の一様な
薄膜を残すように制御された方法で、補助基板が引き剥
される。この方法については、後で詳しく論じる。その
後該ウェハが加熱要素ウェハに整合、接合及び硬化され
て、完成したプリントヘッドを形成する。

接着剤は、例えば米国カルフォルニア州レッドウッド・
シティ所在のDynatex社によって製造され部品番号71431
2で販売されているウェハグリップ基板等の可撓性基板
つまり薄いプラスチック製補助基板上に、スプレーまた
はスピン被覆し得る。好ましい実施例においては、Shel
l Chemical社から市販されている希釈したEPON（登録商
標）の熱可塑性、熱硬化性接着剤を補助基板にスピン被
覆することによって、補助基板が接着剤で被覆される。
接着剤は溶媒、好ましくはMIBKで希釈されるが、一般目
的用のほとんどの溶媒を使える。最適な固体含有量は経
験的に、７％の“Y"硬化剤とMIBKを含め、Shell Chemic
al社から市販されているEPON1002F樹脂の固体25％であ
ると求められた。粘性、スピン速度及び所望厚までの時
間の間にも相関関係が存在する。転移厚はスピン被覆し
た可撓性基板の場合、1/4ミクロン±1/10ミクロンから
数ミクロンの範囲で制御できる。被覆後、補助基板がわ
ずかな加熱と圧力を加えてチャネルウェハ上に施され
る。こゝで、被覆後のチャネルウェハは加熱要素に整合
且つ接合されるか、その後の使用のため保管可能であ
る。接着剤層を含むチャネルウェハの保管は、Ｂ実施可
能な（Stageable）接着剤の場合使用までに1,000時間程
度可能である。Ｂ実施可能な接着剤とは、付与後も硬化
しない（ねばねばした）状態のままの接着段階を備えた
接着剤を意味する。この状態では、接着剤が完全に硬化
する前に接着剤に他の作業を行うことも可能である。チ
ャネルプレートの全ての隆起部つまり高い地点に対する
接着剤の接触を保証するため、補助基板をローラで加圧
してもよい。その後、補助基板とチャネルウェハは約10
0゜Ｆ（約37.8℃）にまでわずかに加熱され、接着剤の
流動化を促すとともに、可撓性基板の除去時に接着剤を
液体状態に維持する。加熱しないと、接着剤は分離工程
時に数珠状となり易く、これは許容できない。分離工程
時、接着剤と補助基板の間の接合及び接着剤とチャネル
プレートの間の接合は液状（加熱）接着剤の凝集強度よ
り大きいので、接着剤は凝集せず、各基板は接着剤の層
の約半分を保持する。接着剤は分離時わずかに加熱され
ると、液状になる。加熱されないと、接着剤は粘着性の
強いゲル状になって数珠または飾りリボン状体を生じ、
これらが凹部の壁内に入り込んだり、一般に厚すぎる一
様でない層を生じるために許容できない。

補助基板が可撓性であることの重要性は、引き剥しエッ
ジに高い応力が集中した状態で引き剥し可能とする点に
ある。可撓性の少ない補助基板はチャネルプレートから
分離するのが極めて難しく、また分離が生じるとき、分
離は急激で、抑制されないものとなり、数珠状体を含ま
ない一様な被覆が得られない。分離工程の間及び／又は
その直前における熱の量は、低粘性の接着剤溶液を生じ
させるために使用される溶媒に依存する。スピン被覆と
転移の間の時間継続中粘性を充分に低く維持できれば、
熱の印加は接着剤の凝集を防ぐのに必要でない。

ウェハの隆起部つまり高い地点だけが、一様に且つ薄く
被覆されるように接着剤をチャネルウェハに施すとき、
３つの問題が処理されねばならなかった。まず、約１〜
２ミクロンの厚さを有する非常に薄い接着剤膜が、チャ
ネルプレートの隆起部つまり高い地点上に必要であっ
た。次に、接着剤はチャネルプレートと加熱要素プレー
トを一体接合するだけでなく、チャネル壁間のシールと
しても機能しなければならないので、接着剤はそれを受
け入れるウェハ表面全体にわたり一様でなければならな
かった。最後に、インク流路の著しい減少を防ぐととも
に、１つ以上のチャネル内へ移動してそこを塞いだりあ
るいは流れを減少させる恐れのある接着剤の流出を防ぐ
ため、チャネルつまりインクリザーバのどの側面に対す
る接着剤の付着も回避するか、最少限にする必要があっ
た。本発明による接合方法の２つの重要な特徴は、スプ
レーまたはスピン方式を用いることによって可撓性の補
助基板上に接着剤の薄い被着が可能なことと、接着剤の
薄層をチャネルウェハの高い地点に接触させて可撓性基
板をチャネルウェハ上に配置した後、可撓性基板のチャ
ネルプレートからの引き剥しで、接着剤の接触していた
全ての部分上に比較的一様な薄い接着剤の層が残ること
である。

後者の特徴は、接着剤層を液状とすることによって達成
される。液体中の分子−分子間の力は分子−界面間の接
合と比べて弱いので、接着剤が液状態にある間分離は常
に液体内で生じ、可撓性基板を取り外したとき、初めに
接着剤層が接触していたチャネルプレートの表面は全て
の接着剤でなくその一部を必ず保持することを意味す
る。接着剤が液状態にあることを保証するため、可撓性
基板をチャネルウェハから引き剥す前に、接着剤は約10
0゜Ｆ（約37.8℃）に加熱されねばならない。

接着剤の層がチャネルプレートの隆起部つまり高い地点
へ適切に施されたとき、その被覆チャネルプレートは、
その後の加熱要素プレートに対する整合と熱圧縮接合の
ための準備が整ったことになる。実際上、エポキシ接着
剤は室温だと極めてゆっくり硬化するので、被覆後のウ
ェハは、加熱要素プレートの接合準備が整うまで数ケ月
間保管できる。しかし、熱圧縮性結合時において、接着
剤はまず再流動化して一様な被覆を与えた後硬化し、２
つのブレートを整合位置で固定する。一実施例では、正
しい整合を行った後、例えばシアノアクリレート等小量
の嫌気性接着剤が２つのウェハに施され、ウェハの整合
状態を一時的に保った状態で、流動化と硬化のためウェ
ハが熱圧縮式結合器へと運ばれる。

第５及び６図には、接着剤の粘性が可撓性基板上に対す
る接着剤のスピン被覆完了後からの経過時間に対してプ
ロットしてある。第５図の曲線70は、接着剤のスピン被
覆完了後０時間から１分までにおける粘性の比較的急速
な増加を示す。この場合の溶媒は、時間と共に粘性を最
もゆっくり上昇されるMLBKである。曲線72は、約100゜
Ｆ（約37.8℃）の熱の印加に伴う接着剤の粘性低下を示
す。第６図の曲線74は、可撓性基板に対するスピン被覆
の完了から１または２分経過後の比較的安定な高い粘性
に至る粘性の急速上昇を示している。曲線76は、可撓性
基板上の接着剤にチャネルウェハ39の隆起部つまり高い
地点に移すための熱及び／又は圧力の印加に伴う接着剤
の粘性低下を示す。従って、接着剤はスピン被覆の作業
後１分以内に、可撓性基至からチャネルウェハに転移さ
れることが重要である。第５図に示したような熱の印加
時に可撓性基板をチャネルプレートから引き剥すことに
よって接着剤が転移された後、接着剤を含むチャネルプ
レートは、組立前1,00時間まで保管し得る。接着剤は比
較的長期間にわたって接合及び硬化可能だが、第５及び
６図に示すように、スピン被覆の作業後に１分を越えて
しまうと、接着剤の可撓性基板からの転移は満足できる
ものとすることはできない。なぜなら、可撓性基板をチ
ャネルウェハの隆起部つまり高い地点から引き剥がす場
合には、たとえ熱を加えたとしても、接着剤による凝集
不良のため、つまり、接着表面による不良ではなく、接
着剤層自身の中間部における不良によって接着剤による
接着が破壊されてしまうため、粘着性を十分低くするこ
とが不可能だからである。

可撓性基板に対するスプレー被覆は接着剤層を可撓性基
板上に施す許容可能な方法であるが、スプレー被覆法は
厚さの制御において劣り、かかるコーティングの平均は
一般に約３ミクロンである。これに対し、可撓性基板の
スピン被覆はもっと予測可能な接着剤コーティングを与
え、かかるコーティングはさらに薄く0.5ミクロン程度
である。

次の式は、室温における回転ディスク上の粘性流体の厚
さ（Ｈ）を表わしている。つまりＨは にほゞ等しく、Ｈはcm単位の高さ、ｖは動粘性率（セン
チストーク）、ω＝RPM（毎分回転数）、ｔ＝秒であ
る。この式は、A.G.Emslie他の参考文献「回転ディスク
上における粘性液体の流れ」、J.Appl.Pys.,Vol.29、N
o.5、pp.858〜862、1958年５月から得た。動的粘性率は
粘性率を密度ρで割ったものに等しいので、接着剤とア
セトン、エチルアルコール、メチルアルコール等担体流
体との各種溶液を調べれば、可撓性基板上の流体高さを
与えるのに適した担体液を求められる。例えば、高さが 但しωは3500RPMで時間は５秒、とすれば、ｖつまり動
粘性率は0.2センチストークである。この式は、回転デ
ィスク上の粘性流体の厚さを予測する上でかなり正確で
ある。スプレー被覆作業の場合このような式は存在しな
いが、スプレー被覆した可撓性基板の平均厚は約３ミク
ロン以上で、スピン被覆と比べ一様性で劣ることが見い
出されている。

可撓性基板がスプレーまたはスピン被覆された後、担体
液はかなり急速に蒸発するので、前述のごとく１または
２分以内にチャネルウェハの隆起部つまり高い地点に移
されねばならない。この際の手順、すなわち（１）接着
剤を含む可撓性基板をチャネルウェハの隆起部に隣接さ
せて平らにし、（２）ウェハ上の全ての高い地点への接
触を保証するため温度とわずかな圧力を加え、更に
（３）大きい角度で可撓性基板を引き剥すという手順
が、接着剤の凝集を防ぎ、接着剤層の厚さの約半分が可
撓性基板と共に留まり、残りがチャネルウェハの隆起部
つまり高い地点に移されるように成す。チャネルウェハ
と加熱要素ウェハが整合され、約100゜Ｆ（約37.8℃）
の温度下で一体接合されると、接着剤の層が係合する表
面間で押しつぶされ、チャネル溝及びマニホルドリザー
バの内側に接着剤の肉盛りを形成する。第４図を参照す
ると、接着剤の肉盛り16が見える。従って、接着が硬化
しプリントヘッドが作製された後インクの流路が著しく
減少するのを防ぐため、接着剤は実質上一様で非常に薄
いことが重要である。すなわち、インクチャネル14間の
隆起部47上における接着剤層が、そこから加熱要素プレ
ート28に隣接したチャネルコーナへと実質上押し出され
るからである。接着剤層が厚いほど、肉盛りは大きくな
る。

整合用の開口40は、真空チャックマスク整合器によっ
て、整合マーク38を介しチャネルウェハ39を加熱要素及
びアドレス電極ウェハ36上へ整合するのに使われる。２
つのウェハは正確に係合され、接着剤の部分硬化によっ
て一体状に仮着される。あるいは、加熱要素ウェハ36と
チャネルウェハ39両方に精確な裁断エッジを設け、高精
度治具で手動または自動的に整合してもよい。いずれか
の整合作業によってチャネル溝14は自動的に位置決めさ
れ、各チャネルがチャネルプレート前縁29（第１図参
照）のノズルまたはオリフィスから所定の距離に位置し
た加熱要素を内部に有するようになる。２つのウェハは
それを永久的に一体接合するため炉もしくは積層器内で
硬化され、その後チャネルウェハは第７図に示すような
マニホルドとインクチャネルを備えた個々の上側基板を
生じるようにフライス削りされる。この際、ノズルを含
まないマニホルドの３辺を取り囲む露出したプリントヘ
ッドの電極端子32を削らないように注意しなければなら
ない。凹部46と細長い溝53が、プリントヘッドの電極33
及び端子32を上側基板から離間させることで、それらの
損傷防止に大きく貢献している。次いで、加熱要素ウェ
ハ36を裁断して複数の個々のプリントヘッドとした後、
各プリントヘッドがドーターボードに接合され、プリン
トヘッドの電極端子がドーターボートの電極にワイヤ接
合される。

発明の上記の説明から多くの変更及び変形が可能なのは
明らかであり、このような変更及び変形は全て本発明の
範囲内に含まれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法によって一体接合された２部品形
プリントヘッドの拡大部分斜視図； 第２図は複数の加熱要素アレイとアドレス電極を有する
ウェハの概略平面図で、１つの加熱要素アレイと１つの
整合マークが拡大して示してある； 第３図は同時にエッチ形成されたチャネルを含む複数の
インクマニホルド凹部を有するウェハの概略平面図で、
この製造過程は１つの拡大したマニホルド凹部と付設の
チャネル及び１つの拡大した整合用開口も示す； 第４図は第１図中の部分Ａで指示されたプリントヘッド
前面の拡大図で、プリントヘッドのノズルと２つのプリ
ントヘッド部品を一体接合している接着剤の肉盛りとを
示す； 第５図は接着剤の粘性対可撓性基板に対するスピン被覆
完了からの経過時間を表わすグラフ； 第６図は接着剤の粘性対可撓性基板に対するスピン被覆
の完了後の経過時間を表わすグラフ；及び 第７図は過剰なチャネルウェハ物質の除去後で且つ個々
のプリントヘッドへの裁断前における、加熱要素を含む
ウェハに接合されたチャネルプレートウェハの拡大等角
図を示す。 10……プリントヘッド、 12,14……凹部（12;マニホルド凹部、14;チャネル
溝）、 27……ノズル、 28,31……構成部品（31;凹部を有する構成部品）、 33……アドレス電極、34……加熱要素、 47……高い表面部（隆起部）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル ロバート カンパネリー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14580 ウェブスター マリーゴールド ドライ ヴ 1105 (72)発明者 デイル レイモンド イムズ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14580 ウェブスター リトル ポンド ウェイ 926 (56)参考文献 特開 昭57−83460（ＪＰ，Ａ)

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも２つのインクジェトプリントヘ
   ッド構成部品を一体状に接合する方法であって、第１の
   構成部品は、加熱要素の線形アレイと電流パルスによる
   各加熱要素への個々のアドレスを可能とするアドレス電
   極をその表面上に含むものであり、第２の構成部品は、
   複数の溝と１つの凹部をその表面上に含むものであり、
   前記溝の一端は凹部に連通し前記溝の他端は前記第２の
   構成部品の端縁を介して開口しているものにおいて、前
   記方法が、 ａ）比較的薄い接着剤の層を可撓性基板に施す工程で、
   接着剤は、可撓性基板に接着剤の層を施した後所定の時
   間内に所定の温度を加えると、分子−分子間の接着力が
   分子−界面間の接合力より弱くなるようなレベルにまで
   その粘性が下がる状態に至ることが可能な種類である、 ｂ）可撓性基板上の接着剤層を前記第２の構成部品の表
   面上に置き、前記所定の時間内に接着剤層を加熱して前
   記低粘性の状態に入るようになす工程で、接着剤層は前
   記第２の構成部品の高い表面にだけ接触しどの溝および
   凹部面とも接触しない、 ｃ）可撓性基板を前記第２の構成部品の表面から、可撓
   性基板の引き剥しエッジで高い応力が接着剤層に加わる
   ような角度で引き剥す工程で、該引き剥しは接着剤が凝
   集しないように前記所定の時間内で接着剤層が前記低粘
   性の状態にある間に成され、接着剤層の約半分を可撓性
   基板上に残す一方、接着剤層の残りを前記第２の構成部
   品の高い表面部に接触したままとする、 ｄ）高い表面部上に接着剤コーティングを有する前記第
   ２の構成部品の表面を前記第１の構成部品の表面と整合
   且つ接合させて、各溝がその溝の開口端から所定の距離
   だけ離間して加熱要素を含むように成す工程、及び ｅ）接着剤を硬化させて２つのプリントヘッド構成部品
   を一体状に接合し、前記凹部がインク供給マニホルドと
   なり、前記溝が毛細管充満チャネルとなり、且つ前記溝
   の開放端がプリントヘッドノズルとなるように成す工
   程、 を含む接合方法。
2. 【請求項２】前記工程（ａ）で使われる接着剤が更に中
   間の、ねばねば状とならない硬化段階を有する種類を含
   み、可撓性基板から前記第２の構成部品の高い表面部へ
   の接着剤の転移後、接着剤の施された前記構成部品が後
   日における前記第１の構成部品とのその後の整合及び接
   合のため保管可能である特許請求の範囲第１項記載の接
   合方法。
3. 【請求項３】前記工程（ａ）における接着剤層の可撓性
   基板への塗布がスプレーによって行われる特許請求の範
   囲第１項記載の接合方法。
4. 【請求項４】前記工程（ａ）の所定の時間が１〜２分
   で、前記工程（ａ）の所定の温度が約100゜Ｆつまり37.
   8℃である特許請求の範囲第３項の接合方法。
5. 【請求項５】前記工程（ａ）における接着剤層の可撓性
   基板への塗布がスピン被覆によって行われる特許請求の
   範囲第３項の接合方法。
6. 【請求項６】前記工程（ａ）の所定の時間が１〜２分
   で、前記工程（ａ）の所定の温度が約100゜Ｆつまり37.
   8℃である特許請求の範囲第５項の接合方法。
7. 【請求項７】前記接着剤層のスピン被覆が約１ミクロン
   以下の厚さを持つ接着剤層の層を生じるように成される
   特許請求の範囲第６項の接合方法。
8. 【請求項８】前記接合方法が工程（ｂ）において更に： 前記所定の温度に加えて所定の圧力を可撓性基板に付与
   し、前記第２の構成部品の全ての高い表面部分と接着剤
   層が一様に接触することを保証して、その後前記高い表
   面部分が接合すべき前記第１の構成部品の表面と接合す
   るとき、これら全ての接合表面が接着剤で一様に被覆さ
   れ強い接合が保証されるようになすことを含む特許請求
   の範囲第７項の接合方法。