JPH07299911A - Substrate bonding method and inkjet head manufacturing method using the method - Google Patents
Substrate bonding method and inkjet head manufacturing method using the methodInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 陽極接合によっても振動板がそらないように
した基板の接合方法を提供する。
【構成】 少なくとも一部分が第2の基板より薄く形成
された第1の基板と、第1の基板とは材質の異なる第2
の基板を陽極接合を用いて接合する基板の接合方法にお
いて、接合温度Tbから室温Trまで冷却したときの第
1の基板の収縮量ε1と第2の基板の収縮量ε2の関係
が、εsi≧εPyを満足する接合温度Tbを予め求めた
後、前記接合温度Tbにて、第1の基板と、第2の基板
を陽極接合を用いて接合する基板の接合方法。
(57) [Abstract] [Purpose] To provide a method for joining substrates in which the diaphragm is not warped even by anodic bonding. A first substrate, at least a part of which is formed thinner than the second substrate, and a second substrate made of a material different from that of the first substrate.
In the method of joining substrates described in (1) above using anodic bonding, the relationship between the shrinkage amount ε1 of the first substrate and the shrinkage amount ε2 of the second substrate when cooled from the joining temperature Tb to the room temperature Tr is εsi ≧ A bonding method for a substrate, wherein a bonding temperature Tb satisfying εPy is obtained in advance, and then the first substrate and the second substrate are bonded by anodic bonding at the bonding temperature Tb.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は陽極接合による基板の接
合方法に関し、特にその陽極接合の接合温度に関する。
また、陽極接合を用いたインクジェットヘッドの製造方
法への応用に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for bonding substrates by anodic bonding, and more particularly to the bonding temperature of the anodic bonding.
The present invention also relates to application to a method for manufacturing an inkjet head using anodic bonding.
【0002】[0002]
【従来の技術】陽極接合は、ガラス、シリコン等からな
る2枚の絶縁体もしくは半導体の基板を重ね合わせて加
熱した後、基板間に高電圧を印加し、例えばガラス内に
存在する正の可動イオンを陰極にひきつけ、陽極側に残
った負イオンによってもう一方の基板と接合する方法で
あり、比較的、確実に2枚の基板を接合する方法であ
る。2. Description of the Related Art In anodic bonding, two insulating or semiconductor substrates made of glass, silicon or the like are superposed and heated, and then a high voltage is applied between the substrates, for example, a positive movable state existing in the glass. This is a method of attracting ions to the cathode and joining the other substrate with the negative ions remaining on the anode side, which is a method of joining the two substrates relatively reliably.
【0003】例えば、特開平2−80252号公報に開
示されているインクジェットヘッドは、インク・オン・
デマンド方式を採用しており、基板、振動板等の接合は
陽極接合によっている。この陽極接合は母材の40%の
強度があるため、この種のインクジェットヘッドの製造
においては有用な接合方法として注目されている。For example, the ink jet head disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-80252 has an ink-on
The demand method is used, and the substrates, diaphragms, etc. are joined by anodic bonding. Since this anodic bonding has a strength of 40% of that of the base material, it has attracted attention as a useful bonding method in the production of this type of inkjet head.
【0004】また、特開平2−289351号公報に
は、アクチュエータに静電気による吸引力を利用したも
のが開示されているが、この方式によれば、高品質(高
解像度)の印字が得られる。Further, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-289351 discloses an actuator which uses an electrostatic attraction force, and this method enables high quality (high resolution) printing.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】例えば、上述したイン
クジェットヘッドのアクチュエータに静電気による吸引
力を利用したものは、振動板を構成する流路基板(S
i)並びにこれを挾んだカバーガラス(パイレックスガ
ラス)及び電極ガラス(パイレックスガラス)から構成
されており、その製造に際しては、これらの基板とガラ
スとを陽極接合により接合することが強度又は振動板と
電極間のギャップの加工精度の点から望ましいとされて
いる。しかしながら、解像度を上げ、かつプリンタとし
て常用される範囲の低電圧で駆動するためには振動板を
その両側のガラスに比べて薄くする必要があるが、接合
条件によっては振動板が歪んで反ってしまい、インクジ
ェットヘッドとして機能しない場合が起きる、という問
題点があった。このように、一方の基板に特に薄い膜を
有する基板を他方の基板と陽極接合を行って接合する方
法においては、インクジェットヘッドに限らず、接合
後、所望の膜が得られない、という課題を有していた。For example, in the above-mentioned actuator of the ink jet head which utilizes the attraction force due to static electricity, the flow path substrate (S
i) and a cover glass (Pyrex glass) and an electrode glass (Pyrex glass) sandwiched between them, and in manufacturing them, it is necessary to bond these substrates and glass by anodic bonding to obtain a strength or vibration plate. It is considered desirable from the viewpoint of processing accuracy of the gap between the electrode and the electrode. However, in order to increase the resolution and drive at a low voltage in the range commonly used as a printer, it is necessary to make the diaphragm thinner than the glass on both sides of the diaphragm. However, there is a problem in that it may not function as an inkjet head. Thus, in the method of anodic bonding a substrate having a particularly thin film on one substrate to the other substrate, not only the inkjet head, the problem that a desired film cannot be obtained after bonding Had.
【0006】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、陽極接合によっても振動板が
反らないようにした陽極接合による基板の接合方法及
び、それを応用したインクジェットヘッドの製造方法を
提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above problems, and a method of joining substrates by anodic bonding in which the vibration plate does not warp even by anodic bonding, and an ink jet applying the same. An object is to provide a method for manufacturing a head.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の基板の接合方法
は、少なくとも一部分が第2の基板より薄く形成された
第1の基板と、前記第1の基板とは材質の異なる前記第
2の基板を陽極接合を用いて接合する基板の接合方法に
おいて、室温Trを含む温度Tの範囲に対し、各々第1
の基板の線膨張係数を示す第1の関数α1(T)と、第
2の基板の線膨張係数を示す第2の関数α2(T)とを
求める工程と、前記第1の関数及び前記第2の関数から
下式を満足する接合温度Tbを算出する工程と、According to a method of joining substrates of the present invention, a first substrate, at least a part of which is formed thinner than a second substrate, and a second substrate made of a material different from that of the first substrate. In a substrate bonding method for bonding substrates using anodic bonding, a first substrate is bonded to a temperature range T including a room temperature T r .
A first function α 1 (T) indicating the coefficient of linear expansion of the substrate and a second function α 2 (T) indicating the coefficient of linear expansion of the second substrate, and the first function and Calculating a junction temperature T b that satisfies the following equation from the second function;
【0008】[0008]
【数4】 [Equation 4]
【0009】前記接合温度Tbまで前記第1の基板及び
前記第2の基板を加熱する工程と、前記接合温度Tbを
保ちつつ前記第1の基板及び前記第2の基板間に所定時
間電圧を印加する工程と、前記電圧の印加を停止し、陽
極接合された基板を室温まで冷却する工程からなること
を特徴とする。[0009] The junction temperature T b to said first substrate and said heating the second substrate, the while maintaining the bonding temperature T b first substrate and the second predetermined time voltage between the substrates And a step of stopping the application of the voltage and cooling the anodic-bonded substrate to room temperature.
【0010】また、本発明のをインクジェットヘッドの
製造方法は、ノズルと、該ノズルに連通するインク流路
と、該流路の一部に形成された振動板と、該振動板に空
隙をもって対向して形成された電極とを有し、前記振動
板と前記電極間に電気パルスを印加し、前記振動板を静
電気力により変形させ、前記ノズルからインク液滴を吐
出するインクジェットヘッドの製造方法において、前記
流路及び前記振動板を第1の基板に形成する工程と、前
記電極を前記第1の基板より厚い第2の基板上に形成す
る工程と、前記第1の基板及び前記第2の基板を接合温
度Tbまで加熱し、前記基板間に所定時間電圧を印加し
て、前記基板を陽極接合する工程とを含み、室温Trを
含む温度Tの範囲に対し、各々第1の基板の線膨張係数
を示す第1の関数α1(T)と、第2の基板の線膨張係
数を示す第2の関数α2(T)と前記接合温度Tbとの関
係が、According to the method of manufacturing an ink jet head of the present invention, the nozzle, the ink flow path communicating with the nozzle, the vibration plate formed in a part of the flow path, and the vibration plate facing each other with a gap therebetween. In the method of manufacturing an ink jet head, which has an electrode formed by applying an electric pulse between the vibrating plate and the electrode, deforms the vibrating plate by an electrostatic force, and ejects ink droplets from the nozzle. A step of forming the flow path and the vibration plate on a first substrate; a step of forming the electrode on a second substrate thicker than the first substrate; a step of forming the first substrate and the second substrate; Heating the substrates to a bonding temperature T b , applying a voltage between the substrates for a predetermined time to anodic bond the substrates, and each of the first substrates for a temperature T range including room temperature T r. First function α indicating the linear expansion coefficient of The relationship between 1 (T), the second function α 2 (T) indicating the linear expansion coefficient of the second substrate, and the junction temperature T b is
【0011】[0011]
【数5】 [Equation 5]
【0012】を満足することを特徴とする。It is characterized in that
【0013】また、前記第1の基板の好ましい材料とし
てはシリコンが挙げられ、前記第2の基板の好ましい材
質としては、パイレックスガラスが挙げられる。Silicon is a preferred material for the first substrate, and Pyrex glass is a preferred material for the second substrate.
【0014】[0014]
【作用】第1の基板と第2の基板、又は第1の基板と第
3の基板とを陽極接合した場合には、陽極接合度は比較
的高温にて行われるため、使用温度即ち常温においては
これらの基板は収縮する。その収縮量の如何によっては
第1の基板の振動板が反ってしまうが、本発明において
は、接合温度を、接合後の第1の基板の収縮量が、第2
の基板又は第3の基板の収縮量と同一か又は多くなる温
度範囲に設定したので、第1の基板に形成された振動板
を薄くしたとしてもそれが反るという現象が避けられ、
正常な動作が期待できる。When the first substrate and the second substrate or the first substrate and the third substrate are anodic-bonded to each other, the anodic bonding is performed at a relatively high temperature. These substrates shrink. The diaphragm of the first substrate warps depending on the amount of shrinkage, but in the present invention, the bonding temperature is set to the second substrate when the shrinkage amount of the first substrate is set to the second
Since the temperature range is set to be equal to or larger than the contraction amount of the first substrate or the third substrate, even if the diaphragm formed on the first substrate is thinned, the phenomenon that the diaphragm warps can be avoided.
You can expect normal operation.
【0015】[0015]
【実施例】図2は本発明が適用されるインクジェットヘ
ッドの分解斜視図であり、一部断面図で示してある。本
実施例はインク液滴を基板の端部に設けたノズル孔から
吐出させるエッジイジュクトタイプの例を示すものであ
るが、基板の上面部に設けたノズル孔からインク液滴を
吐出させるフェイスイジュクトタイプのものでもよい。
図3は組み立てられたインクジェットヘッド全体の断面
側面図、図4は図3のA−A線矢視図である。本実施例
のインクジェットヘッド10は次に詳述する構造を持つ
3枚の基板1、2、3を重ねて接合した積層構造となっ
ている。中間の第1の基板1は、シリコン基板であり、
複数のノズル孔4を構成するように、基板1の表面に一
端より平行に等間隔で形成された複数のノズル溝11
と、各々のノズル溝11に連通し、底壁を振動板5とす
る吐出室6を構成することになる凹部12と、凹部12
の後部に設けられたオリフィス7を構成することになる
インク流入口のための細溝13と、各々の吐出室6にイ
ンクを供給するための共通のインクキャビティ8を構成
することになる凹部14とを有する。また、振動板5の
下部には後述する電極を装着するため振動室9を構成す
ることになる凹部15が設けられている。FIG. 2 is an exploded perspective view of an ink jet head to which the present invention is applied, which is a partial sectional view. This embodiment shows an example of an edge eject type in which ink droplets are ejected from nozzle holes provided at the end of the substrate, but a face ejecting ink droplets from nozzle holes provided at the upper surface of the substrate is used. It may be an eject type.
3 is a sectional side view of the assembled inkjet head, and FIG. 4 is a view taken along the line AA of FIG. The inkjet head 10 of the present embodiment has a laminated structure in which three substrates 1, 2 and 3 having a structure described in detail below are stacked and joined. The first intermediate substrate 1 is a silicon substrate,
A plurality of nozzle grooves 11 formed on the surface of the substrate 1 in parallel from one end at equal intervals so as to form a plurality of nozzle holes 4.
And a recess 12 communicating with each nozzle groove 11 and forming a discharge chamber 6 having a bottom wall as a vibrating plate 5, and a recess 12
A narrow groove 13 for forming an ink inlet to form an orifice 7 provided in the rear portion and a recess 14 forming a common ink cavity 8 for supplying ink to each ejection chamber 6. Have and. Further, in the lower part of the vibration plate 5, there is provided a concave portion 15 which constitutes the vibration chamber 9 for mounting electrodes described later.
【0016】本実施例においては、振動板5とこれに対
向して配置される電極との対向間隔、即ちギャップ部1
6の長さG(図3参照、以下「ギャップ長」と記す。)
が、凹部15の深さと電極の厚さとの差になるように、
間隔保持手段を第1の基板1の下面に形成した振動室用
の凹部15により構成している。また、別の例として凹
部の形成は第2の基板2の上面でもよい。ここでは、凹
部15の深さをエッチングにより0.6μmとしてい
る。なお、ノズル溝11のピッチは0.72mmであ
り、その幅は70μmである。In this embodiment, the distance between the vibrating plate 5 and the electrodes arranged opposite thereto, that is, the gap portion 1
A length G of 6 (see FIG. 3, hereinafter referred to as “gap length”).
So that there is a difference between the depth of the recess 15 and the thickness of the electrode,
The space holding means is composed of a vibration chamber recess 15 formed on the lower surface of the first substrate 1. As another example, the recess may be formed on the upper surface of the second substrate 2. Here, the depth of the recess 15 is set to 0.6 μm by etching. The pitch of the nozzle grooves 11 is 0.72 mm and the width thereof is 70 μm.
【0017】また、第1の基板1への共通電極17の付
与については、半導体及び電極である金属の材料による
仕事関数の大小が重要であり、本実施例では共通電極材
料にはチタンを下付けとし白金、またはクロムを下付け
とし金を使用しているが、本実施例に限定されるもので
はなく、半導体及び電極材料の特性により別の組合わせ
でもよい。Regarding the provision of the common electrode 17 to the first substrate 1, it is important that the work function of the metal material of the semiconductor and the electrode is large or small. In this embodiment, titanium is used as the common electrode material. Although platinum is used as an attachment and gold is used as an underlay of chromium, the present invention is not limited to this embodiment, and another combination may be used depending on the characteristics of the semiconductor and the electrode material.
【0018】第1の基板1の下面に接合される下側の第
2の基板にはホウ珪酸系ガラスを使用し、この第2の基
板2の接合によって振動室9を構成するとともに、第2
の基板2上の振動板5に対応する各々の位置に、金を
0.1μmスパッタし、振動板5とほぼ同じ形状に金パ
ターンを形成して個別電極21としている。個別電極2
1はリード部22及び端子部23を持つ。更に、電極端
子部23を除きパイレックススパッタ膜を全面に0.2
μm被覆して絶縁層24を形成し、インクジェットヘッ
ド駆動時の絶縁破壊、ショートを防止するための膜を形
成している。Borosilicate glass is used for the lower second substrate to be bonded to the lower surface of the first substrate 1, and the vibration chamber 9 is formed by bonding the second substrate 2 to the second substrate.
Gold is sputtered by 0.1 μm on each position corresponding to the vibration plate 5 on the substrate 2, and a gold pattern is formed in substantially the same shape as the vibration plate 5 to form the individual electrodes 21. Individual electrode 2
1 has a lead portion 22 and a terminal portion 23. Furthermore, except for the electrode terminal portion 23, a Pyrex sputtered film is formed on the entire surface by 0.2
An insulating layer 24 is formed by coating with a thickness of μm to form a film for preventing dielectric breakdown and short circuit when the inkjet head is driven.
【0019】第1の基板1の上面に接合される上側の第
3の基板3は、第2の基板2と同じくホウ珪酸系ガラス
を用いている。この第3の基板3の接合によって、ノズ
ル孔4、吐出室6、オリフィス7及びインクキャビティ
8が構成される。そして、第3の基板3にはインクキャ
ビティ8に連通するインク供給口31が設けられる。イ
ンク供給口31は接続パイプ32及びチューブ33を介
して図示しないインクタンクに接続される。The upper third substrate 3 bonded to the upper surface of the first substrate 1 is made of borosilicate glass, like the second substrate 2. By joining the third substrate 3, the nozzle hole 4, the ejection chamber 6, the orifice 7, and the ink cavity 8 are formed. Further, the third substrate 3 is provided with an ink supply port 31 communicating with the ink cavity 8. The ink supply port 31 is connected to an ink tank (not shown) via a connection pipe 32 and a tube 33.
【0020】次に、第1の基板1と第2の基板2とを温
度270〜400℃、電圧500〜800Vの印加で陽
極接合し、また同条件で第1の基板1と第3の基板3と
を接合し、図3のようにインクジェットヘッドを組み立
てる。なお、この陽極接合による組み立てについての詳
細は後述する。陽極接合後に、振動板5と第2の基板2
上の個別電極21との間に形成されるギャップ長さG
は、凹部15の深さと個別電極21の厚さとの差であ
り、本実施例では0.5μmとしてある。また、振動板
5と個別電極21上の絶縁層24との空隙間隔G1は
0.3μmとなっている。Next, the first substrate 1 and the second substrate 2 are anodically bonded at a temperature of 270 to 400 ° C. and a voltage of 500 to 800 V, and under the same conditions, the first substrate 1 and the third substrate 2 are joined together. 3, and the ink jet head is assembled as shown in FIG. The details of the assembly by this anodic bonding will be described later. After anodic bonding, the diaphragm 5 and the second substrate 2
Gap length G formed between the upper individual electrode 21
Is the difference between the depth of the recess 15 and the thickness of the individual electrode 21, which is 0.5 μm in this embodiment. The gap G1 between the diaphragm 5 and the insulating layer 24 on the individual electrode 21 is 0.3 μm.
【0021】上記のようにインクジェットヘッドを組み
立てた後は、共通電極17と個別電極21の端子部23
間にそれぞれ配線101により駆動回路102を接続
し、インクジェットプリンタを構成する。インク103
は、図示しないインクタンクよりインク供給口31を経
て第1の基板1の内部に供給され、インクキャビティ
8、吐出室6等を満たしている。そして、吐出室6のイ
ンクは、図3に示されるように、インクジェットヘッド
10の駆動時にノズル孔4よりインク液滴104となっ
て吐出され、記録紙105に印字される。After the ink jet head is assembled as described above, the common electrode 17 and the terminal portion 23 of the individual electrode 21 are formed.
A drive circuit 102 is connected between the wirings 101 to form an inkjet printer. Ink 103
Is supplied to the inside of the first substrate 1 from an ink tank (not shown) through the ink supply port 31, and fills the ink cavity 8, the ejection chamber 6, and the like. Then, as shown in FIG. 3, the ink in the ejection chamber 6 is ejected as ink droplets 104 from the nozzle holes 4 when the inkjet head 10 is driven, and is printed on the recording paper 105.
【0022】図5は上述の陽極接合の説明図である。上
述のように、第1の基板1例えばSiと第2の基板2例
えばパイレックスガラスとに、温度270〜400℃の
環境の下で、直流電圧500〜800Vを電極41,4
2を介して印加し、陽極接合する。同様に、第1の基板
1と第3の基板3例えばパイレックスガラスとに、温度
270〜400℃の環境の下で、直流電圧500〜80
0Vを電極41,42を介して印加し、陽極接合する。FIG. 5 is an explanatory view of the above-mentioned anodic bonding. As described above, the DC voltage of 500 to 800 V is applied to the electrodes 41 and 4 on the first substrate 1 such as Si and the second substrate 2 such as Pyrex glass under the environment of the temperature of 270 to 400 ° C.
It is applied via 2 to perform anodic bonding. Similarly, a DC voltage of 500 to 80 is applied to the first substrate 3 and the third substrate 3 such as Pyrex glass under an environment of a temperature of 270 to 400 ° C.
0V is applied through the electrodes 41 and 42 to perform anodic bonding.
【0023】図6は陽極接合の後の常温において、基板
1,2,3に作用する歪みを示した説明図である。ここ
で、基板2,3の収縮量が基板1の収縮量よりも多いと
きには基板1の振動板5に圧縮力が作用して反ることに
なるが、その逆に、基板1収縮量が基板2,3の収縮量
と同じか或いは多いときには振動板5には応力が加わら
ないか或いは加わっても張力のみが作用し、振動板5が
反るような現象は起こらない。このように、基板1,
2,3の収縮量によって振動板5に反りが生じたり或い
は生じなかったりするが、それは陽極接合時の温度と基
板1,2,3の線膨張係数とに依存する。この点を次に
説明する。FIG. 6 is an explanatory diagram showing the strain acting on the substrates 1, 2, and 3 at room temperature after anodic bonding. Here, when the amount of shrinkage of the substrates 2 and 3 is larger than the amount of shrinkage of the substrate 1, a compressive force acts on the vibration plate 5 of the substrate 1 to warp it. When the contraction amount is the same as or larger than the contraction amounts of 2 and 3, no stress is applied to the diaphragm 5, or even if it is applied, only the tension acts and the diaphragm 5 does not warp. In this way, the substrate 1,
The vibrating plate 5 may or may not warp depending on the amount of shrinkage of 2, 3 depending on the temperature at the time of anodic bonding and the linear expansion coefficient of the substrates 1, 2, 3. This point will be described below.
【0024】基板等の収縮量Δlは次式により表され
る。なお、次式において、αは線膨張係数、ΔTは温度
変化である。The shrinkage amount Δl of the substrate or the like is expressed by the following equation. In the following equation, α is a coefficient of linear expansion and ΔT is a temperature change.
【0025】[0025]
【数6】 [Equation 6]
【0026】ここで、第1の基板1及び第2の基板2の
収縮量をそれぞれεsi,εPyとすると、それは次式によ
り表される。Here, when the contraction amounts of the first substrate 1 and the second substrate 2 are εsi and εPy, respectively, they are expressed by the following equations.
【0027】[0027]
【数7】 [Equation 7]
【0028】なお、Tbは接合温度、Trは使用時の温
度(例えば室温)、αsi(T)は第1の基板1の線膨張
係数、αPy(T)は第2の基板2の線膨張係数である。
上述のように、第1の基板1の収縮量εsiが第2の基板
2の収縮量εPyと等しいか、或るいは大きいときには振
動板5の反りが阻止が発生しないので、線膨張係数αsi
(T),αPy(T)を予め計測しておくことにより次式
が満足する接合温度Tbを求める。Tb is the junction temperature, Tr is the temperature at the time of use (for example, room temperature), αsi (T) is the linear expansion coefficient of the first substrate 1, and αPy (T) is the linear expansion coefficient of the second substrate 2. Is.
As described above, when the contraction amount εsi of the first substrate 1 is equal to or larger than the contraction amount εPy of the second substrate 2, the warpage of the diaphragm 5 does not occur, so that the linear expansion coefficient αsi.
By measuring (T) and αPy (T) in advance, a junction temperature Tb satisfying the following equation is obtained.
【0029】[0029]
【数8】 [Equation 8]
【0030】図1は陽極接合時温度と線膨張係数との関
係を示した特性図である。パイレックスガラスはロット
ごとに線膨張係数が異なる性質を示し、図示の例におい
て、#1は線膨張係数の比較的大きいロットの例を示し
ており、#2は線膨張係数の比較的小さいロットの例を
示している。この#1のパイレックスガラスは接合温度
が300゜C以上において上記の(3)式を満足し、ま
た、#2のパイレックスガラスは接合温度が215゜C
以上において上記の(3)式を満足している。従って、
#1のパイレックスガラスは300゜C以上の接合温
度、#2のパイレックスガラスは215゜C以上の接合
温度で陽極接合すればよいことが分かる。ところが、接
合温度が400゜Cを越えると、引っ張り応力が大きく
なり過ぎて振動板5が破損するおそれがあるので、接合
温度の上限は400゜Cとするのが望ましい。FIG. 1 is a characteristic diagram showing the relationship between the anodic bonding temperature and the linear expansion coefficient. Pyrex glass shows the property that the coefficient of linear expansion differs from lot to lot. In the illustrated example, # 1 shows an example of a lot having a relatively large linear expansion coefficient, and # 2 shows a lot having a relatively small linear expansion coefficient. An example is shown. The # 1 Pyrex glass satisfies the above formula (3) at a joining temperature of 300 ° C or higher, and the # 2 Pyrex glass has a joining temperature of 215 ° C.
In the above, the above formula (3) is satisfied. Therefore,
It is understood that the # 1 Pyrex glass should be anodically bonded at a bonding temperature of 300 ° C. or higher, and the # 2 Pyrex glass should be bonded at a bonding temperature of 215 ° C. or higher. However, if the joining temperature exceeds 400 ° C, the tensile stress becomes too large and the diaphragm 5 may be damaged. Therefore, the upper limit of the joining temperature is preferably 400 ° C.
【0031】更に、#1のパイレックスガラスについて
着目すると、接合温度が300゜C以下においても、±
500(オングストローム)以内の反りであれば実用上
支障はないので、接合温度は270゜C以上でもよく、
また、パイレックスガラスのロット間の特性のバラツキ
を考慮した場合には、接合温度の範囲は270゜C〜4
00゜Cとなる。この温度範囲において更に望ましいの
は270゜C〜330゜Cの範囲であり、その温度範囲
において更に望ましいのは300゜C〜330゜Cの範
囲である。このような#1のパイレックスガラスの接合
温度の範囲は、また、#2のパイレックスガラスの接合
温度の条件を満足することになるので、接合温度の条件
が高い温度領域にある特性のパイレックスガラスを基準
とすれば、他のパイレックスガラスの特性如何に拘らず
画一な接合温度にて陽極接合をすることができる。Further, paying attention to # 1 Pyrex glass, even if the bonding temperature is 300 ° C. or less, ±
As long as the warp is within 500 (angstrom), there is no problem in practical use, so the bonding temperature may be 270 ° C or higher.
Further, when the variation in the characteristics of the Pyrex glass between lots is taken into consideration, the bonding temperature range is 270 ° C to 4 ° C.
It becomes 00 ° C. More desirable in this temperature range is the range of 270 ° C to 330 ° C, and more desirable in that temperature range is the range of 300 ° C to 330 ° C. Since the range of the bonding temperature of the # 1 Pyrex glass also satisfies the condition of the bonding temperature of the # 2 Pyrex glass, a Pyrex glass having a characteristic in a high temperature range of the bonding temperature is required. As a standard, anodic bonding can be performed at a uniform bonding temperature regardless of the characteristics of other Pyrex glass.
【0032】以上の実施例では、インクジェットヘッド
の製造方法を例にとり、説明したが、本発明は、インク
ジェットヘッドの製造方法に限定されるものではなく、
同様の課題を有する、例えば、陽極接合を用い、2枚以
上の基板を接合することにより形成される静電アクチュ
エータを有する装置全般の製造方法に適用することが可
能である。In the above embodiments, the method for manufacturing an ink jet head has been described as an example, but the present invention is not limited to the method for manufacturing an ink jet head.
The present invention can be applied to a method of manufacturing an overall device having the same problem, for example, using anodic bonding and having an electrostatic actuator formed by bonding two or more substrates.
【0033】[0033]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、第1
の基板と第2の基板、又は第1の基板と第3の基板とを
陽極接合し、その接合温度を接合後の第1の基板の収縮
量が、第2の基板又は第3の基板の収縮量と同一か又は
多くなる温度範囲に設定したので、第1の基板に形成さ
れた振動板を薄くしたとしてもそれが反るという現象が
避けられ、正常な動作が期待できる。As described above, according to the present invention, the first
Of the first substrate and the second substrate, or the first substrate and the third substrate by anodic bonding, and the contraction amount of the first substrate after bonding at the bonding temperature is equal to that of the second substrate or the third substrate. Since the temperature range is set to be equal to or larger than the amount of contraction, even if the diaphragm formed on the first substrate is thinned, the phenomenon that the diaphragm warps can be avoided, and normal operation can be expected.
【図1】接合温度と熱膨脹係数との関係を示した特性図
である。FIG. 1 is a characteristic diagram showing a relationship between a bonding temperature and a coefficient of thermal expansion.
【図2】前記実施例のインクジェットヘッドの分解斜視
図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the ink jet head of the embodiment.
【図3】前記実施例のインクジェットヘッドの断面側面
図である。FIG. 3 is a cross-sectional side view of the inkjet head of the embodiment.
【図4】図3のA−A線矢視図である。FIG. 4 is a view taken along the line AA of FIG.
【図5】陽極接合の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of anodic bonding.
【図6】振動板の反りの説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of warpage of the diaphragm.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽片 忠明 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイコ ーエプソン株式会社内 (72)発明者 前田 佳男 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイコ ーエプソン株式会社内 (72)発明者 小松 洋 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイコ ーエプソン株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tadaaki Hakata 3-3-5 Yamato, Suwa, Nagano Seiko Epson Corporation (72) Inventor Yoshio Maeda 3-5 Yamato, Suwa, Nagano Prefecture Seiko -In Epson Corporation (72) Inventor Hiroshi Komatsu 3-3-5 Yamato, Suwa City, Nagano Seiko-In Epson Corporation
Claims (5)
成された第1の基板と、前記第1の基板とは材質の異な
る前記第2の基板を陽極接合を用いて接合する基板の接
合方法において、 室温Trを含む温度Tの範囲に対し、各々第1の基板の
線膨張係数を示す第1の関数α1(T)と、第2の基板
の線膨張係数を示す第2の関数α2(T)とを求める工
程と、 前記第1の関数及び前記第2の関数から下式を満足する
接合温度Tbを算出する工程と、 【数1】 前記接合温度Tbまで前記第1の基板及び前記第2の基
板を加熱する工程と、 前記接合温度Tbを保ちつつ前記第1の基板及び前記第
2の基板間に所定時間電圧を印加する工程と、 前記電圧の印加を停止し、陽極接合された基板を室温ま
で冷却する工程からなることを特徴とする基板の接合方
法。1. A method of joining a substrate, wherein at least a part of the first substrate is formed thinner than the second substrate, and the second substrate made of a material different from that of the first substrate is joined by anodic bonding. In the range of the temperature T including the room temperature T r , a first function α 1 (T) showing the linear expansion coefficient of the first substrate and a second function showing the linear expansion coefficient of the second substrate, respectively. a step of obtaining α 2 (T), a step of calculating a junction temperature T b satisfying the following expression from the first function and the second function, and Heating the first substrate and the second substrate to the bonding temperature T b, to apply a predetermined time the voltage between the while keeping the junction temperature T b first substrate and the second substrate And a step of cooling the anodic-bonded substrate to room temperature by stopping the application of the voltage.
前記第2の基板をパイレックスガラスにより構成したこ
とを特徴とする請求項1記載の基板の接合方法。2. The first substrate is made of silicon,
The substrate bonding method according to claim 1, wherein the second substrate is made of Pyrex glass.
と、該流路の一部に形成された振動板と、該振動板に空
隙をもって対向して形成された電極とを有し、前記振動
板と前記電極間に電気パルスを印加し、前記振動板を静
電気力により変形させ、前記ノズルからインク液滴を吐
出するインクジェットヘッドの製造方法において、 前記流路及び前記振動板を第1の基板に形成する工程
と、 前記電極を前記第1の基板より厚い第2の基板上に形成
する工程と、 前記第1の基板及び前記第2の基板を接合温度Tbまで
加熱し、前記基板間に所定時間電圧を印加して、前記基
板を陽極接合する工程とを含み、 室温Trを含む温度Tの範囲に対し、各々第1の基板の
線膨張係数を示す第1の関数α1(T)と、第2の基板
の線膨張係数を示す第2の関数α2(T)と前記接合温
度Tbとの関係が、 【数2】 を満足することを特徴とすることを特徴とするインクジ
ェットヘッドの製造方法。3. A nozzle, an ink flow path communicating with the nozzle, a vibration plate formed in a part of the flow path, and an electrode formed facing the vibration plate with a gap therebetween, In the method of manufacturing an inkjet head, in which an electric pulse is applied between the vibrating plate and the electrode, the vibrating plate is deformed by an electrostatic force, and ink droplets are ejected from the nozzles, the flow path and the vibrating plate are Forming the electrode on a second substrate thicker than the first substrate; heating the first substrate and the second substrate to a bonding temperature T b ; A step of applying a voltage between the substrates for a predetermined time to perform anodic bonding of the substrates, and a first function α indicating the coefficient of linear expansion of each of the first substrates with respect to a temperature range T including a room temperature T r. 1 (T) and the second relationship showing the linear expansion coefficient of the second substrate. The relationship between the number α 2 (T) and the junction temperature T b is as follows : A method for manufacturing an inkjet head, characterized in that:
第3の基板とを更に接合温度Tbにて陽極接合し、 室温Trを含む温度Tの範囲に対し、第3の基板の線膨
張係数を示す第3の関数α3(T)と、前記第1の関数
α1(T)と、前記接合温度Tbとの関係が、 【数3】 を満足することを特徴とする請求項3記載のインクジェ
ットヘッドの製造方法。4. The first substrate and a third substrate that covers the first substrate are further anodic-bonded at a bonding temperature T b, and the third substrate is formed in a range of a temperature T including a room temperature T r . The relationship between the third function α 3 (T) indicating the linear expansion coefficient of the substrate, the first function α 1 (T), and the junction temperature T b is as follows. 4. The method of manufacturing an inkjet head according to claim 3, wherein
前記第2及び第3の基板をパイレックスガラスにより構
成したことを特徴とする請求項3もしくは請求項4記載
のインクジェットヘッドの製造方法。5. The first substrate is made of silicon,
The method for manufacturing an inkjet head according to claim 3, wherein the second and third substrates are made of Pyrex glass.
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